大型变壁厚TC4半球超塑胀形工艺研究

微 石，阴中炜,纪 玮，陆子川，张绪虎

(航天材料及工艺研究所，北京 100076)

钛合金由于其轻质、高强的特点，在我国航天领域的贮箱、气瓶等压力容器上得到了广泛应用[1-3]。半球形壳体是钛合金压力容器的一种常用结构，传统工艺一般采用锻造、冲压、旋压制作，这些工艺成形精度差、材料利用率低，在制造大型半球时更加困难。近年来，随着深空探测等项目的快速发展，钛合金压力容器的尺寸越做越大，但成本却要求十分严格，传统工艺已经不能满足需求。超塑成形技术作为一种先进塑性加工手段，在成形精度、成本上的优势巨大，特别适合于制造大型薄壁钛合金构件。采用该工艺制造的钛合金压力容器在航空航天领域已经得到初步应用[4-6]。

由于超塑成形过程需要密封，因此成形时板材一般需要有一个密封面，该密封面在成形时会被压死并固定，这样密封面将无法参与变形，板材在变形时表面积的增大完全依靠板材在模具型腔部分材料自身的拉薄，这与传统的冲压工艺区别很大。超塑成形时材料的拉伸减薄将显著高于传统冲压方式，如果工艺控制不当，局部可能会存在厚度过低甚至拉裂的情况，无法满足后续工艺要求。

为了实现壁厚可控的超塑成形，国内学者开发出了很多方法，例如正反胀法、坯料预加工法、动凸模法等[7，8]。其中正反胀法应用较为广泛。

数值模拟是进行板材超塑胀形过程壁厚预测的一种有效手段，它能够大幅提升超塑模具的试模成功率，显著提高效率并降低成本。……