钛合金高压气瓶的塑性成形工艺与模具结构开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着人类科学技术水平的提高,现代航空航天及深海探测技术必须向着更高效,更安全的方向发展,这样就要相应地提高在应急状态下的应急挽回以及救护问题,以保证技术人员的人身安全与任务的顺利进行。在当代社会,高压空气系统是保证技术人员安全与救护的最主要的生命力系统,因此,在发展安保救护能力时,不可避免地要提高对高压空气系统的要求,这就表明了我们要加大高压空气应急吹除速率,提高高压空气的储备量。进入21世纪以来,广泛应用在各方面的是25mpa级钢制高压气瓶,对其材料性能的研究和成型工艺的改善已经在各方面做的十分完善了,但经过十多年的发展,25mpa级钢制高压气瓶已经不能紧跟当代科技快速发展的现状,在很多方面已经无法满足人们对高压气瓶的要求[1]。921钢是作为目前25mpa级钢制高压气瓶的主要材料,要提高气瓶的强度,只能用增加壁厚来实现, 而且只能达到有限的程度,同时会大大增加气瓶的重量,这样将使得相对有效载荷相应地减少,而且对运输工作的重量平衡和总体分布都会带来很大困难。还有921钢制高压气瓶的耐腐蚀能力差,受腐蚀的高压气瓶内部出现的各种腐蚀,其产物也会污染高压空气,这将使整套高压空气系统的可靠性大大降低。

研制出重量轻、耐腐蚀、容量高的更高性能的新型材料的高压气瓶成为了目前对应急救护研究的前沿[2]。而早在前些年,钛合金的应用逐渐被行业所重视,开始陆续出现钛合金相关应用设计与制造,其中就有李杰等人研究并提出了40mpa级钛合金制高压气瓶,他们选用钛合金制作高压气瓶主要有以下几个方面的优势:钛合金是一种优质的高强度结构材料,适应多种现代先进技术,只要在在满足相应的技术要求,从技术上讲钛合金气瓶的许用最高设计压力可达100mpa[1][3],因而完全满足制作高于25mpa的高压。钛合金的质量属强度很小,钛合金的比重为44gm3,只有钢比重的57%。在相同压力、容积的情况下,钛合金气瓶只有钢气瓶的重量40%。如果把工作压力为25mpa的钢制高压气瓶改为40mpa的钛合金高压气瓶,则在高压气瓶总重量有所降低的情况下,高压空气的储量提高近60%,这对于提高潜艇的应急挽回能力具有非常重大的意义。钛材的价格仅是船用钢的2~3倍,但考虑到使用寿命和技术性能等,钛合金高压气瓶的一次性投资虽然较高,但以后的维修费用低、使用期长其经济效益非常明显。采用钛合金材料耐腐蚀效果明显,使得气瓶的寿命相应提高到至少30年,而且使高压气瓶免维护保养[1][4][5]。
综上所述40mpa钛合金高压气瓶,对提高高压气瓶的可靠性、安全性、气源的品质是十分重要的,在提高高压空气系统的性能也很具有重大而深远的意义。因此发展对其的研制方法和方案,改善研制参数的工作刻不容缓,同时这也是促进钛合金在民品中的应用的研究工作的重要铺垫[6][7]。

1.1国内外研究现状分析

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

高压气瓶的主要成型工艺路线大多采用旋压成型式,对于40mpa钛合金高压气瓶,其主要的过程为:制备钛合金管坯料-检查表面和尺寸-底部感应加热-旋压封底-瓶口感应加热-缩颈旋压收口-瓶颈修切-热处理-外喷砂-钻孔与攻丝-内喷砂(或磷化)处理-水压试验-上阀-气密性试验-喷砂-烘干-检验-入库。

挤压方面,钛材的变形抗力大,不适合做冷挤压,因此选用温挤压。由于钛的状态分为α相和β相,α相和β相将以885℃为临界点相互转化,晶粒结构从密排六方向体心立方转化,体心立方的β相有利于金属流动,变形抗力小,所以尽量在此温度以上进行温挤。如果钛材是有β相合金元素,可以在885℃以下的α β相区进行热加工,温度要求可以偏低。正挤压虽然具有设备投资小、生产时辅助时间短,表面质量高等优点,因此采用正挤压。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解钛合金高压气瓶工艺方法。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-7周:按照设计方案,构建40mpa钛合金高压气瓶成型模具模型,设计相关的工艺参数。

第8-11周:采用deform软件模拟钛气瓶成型过程,计算成形过程中多物理场与金属流动规律,观察成型缺陷,改进模具及相关工艺参数,获得优选的工艺方案与模具结构。

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4. 参考文献(12篇以上)

  1. 李杰. 40MPa钛合金高压气瓶的设计及仿真[D]. 华中科技大学, 2005.
  2. 许鸿昊,左敦稳,朱笑笑. 拉伸高速铣削对TC4钛合金疲劳性能的影响[J]. 南京航空航天大学学报, 2008, 40(2):260-264.
  3. 陈杰,胡蒙,郭国强. TC4 钛合金深孔钻削试验研究与机理分析[J]. 航空制造技术, 2018, 61(21):94-99.
  4. 李立善,于斌. TC4钛合金球形高压气瓶赤道缝电子束焊接研究[J]. 航天制造技术, 2009(6):34-36.
  5. 谭栓斌, 段文森, 张小明. 钛合金环形气瓶耐压强度的计算机模拟[J]. 稀有金属快报, 2005, 24(3):24-27.
  6. 吴海峰,张治民,李保成. 钛合金及其成形技术在民品中的应用前景[J]. 锻压技术, 2003, 28(4):44-46.
  7. 张美娟,南海,鞠忠强. 航空铸造钛合金及其成型技术发展[J]. 航空材料学报, 2016, 36(3):13-19.
  8. 李德群. 塑性加工技术发展状况及趋势[J]. 新材料产业, 2000, 104(10):8-10.
  9. S.N. Patankar, J P, Escobedo, D P. Field, et al. Superior superplastic behaviorfine-grained Ti-6al-4v sheet, Journal of Alloys and Compounds 2002: 221-227
  10. 陈建,党鹏,丁凌. TC4钛合金板材超塑性性能研究[J]. 热加工工艺, 2017(04):132-136.
  11. Music O, Allwood J M, Kawai K. A review of the mechanics of metal spinning [J] Journalof Materials Processing Technology, 2010, 210: 3-23.
  12. Wenyan Gao, Yafei Xue,Guang Li, Chang Chang,Benhai Li,Zhenxing Hou,Kai Li,Junlong Wang. Investigations on the laser color marking of TC4[J]. Elsevierjournal. 2018.12.113:11-18.
  13. 吳立华,周倩青,高杰,张士宏,齐瑞,吕李东,刘东学. 宇航钛合金气瓶优化设计与实验验证门[J].字航学报,2001,0591-96
  14. 李治斌. 钛气瓶材料性能及其加工门航天工艺[J],1984,S1:53-59
  15. 张敏聪.钛合金高压容器成形过程的有限元模拟[D]. 西北工业大学. 2003.
  16. 赵宪明.筒形件强力旋压三维弹塑性有限元分析及实验研究[D]. 哈尔滨工业大学. 1995:115-128.
  17. 钟鑫,赵军, 王银涛. 钛合金加工过程中晶粒尺寸的模拟与分析[J]. 工具技术, 2018, 52(3): 10-14.
  18. 董瑞峰,李金山,唐斌. 航空紧固件用钛合金材料发展现状[J]. 航空制造技术, 2018,61(4):86-91.

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