近幾年來，隨著計算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬已廣泛應(yīng)用于金屬部件旋壓成形過程的分析。航天材料及工藝研究所對TC4鈦合金筒形件進(jìn)行了計算機(jī)模擬，分析了旋輪攻角、旋輪運(yùn)動軌跡、普旋道次等工藝參數(shù)對旋壓成形的影響規(guī)律，成功旋制了高深徑比的TC4 鈦筒。盡管鈦合金精密旋壓技術(shù)為航天領(lǐng)域提供了各類鈦合金普旋成形高深徑比旋壓件，但從零件的工程化應(yīng)用和旋壓成形的復(fù)雜性分析，還需進(jìn)一步加強(qiáng)?？偟膩碚f，旋壓技術(shù)在國內(nèi)航天工業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，但大直徑、薄壁整體鈦合金熱旋壓成形工藝尚無應(yīng)用實(shí)例，直徑2.25 m 貯箱箱底整體旋壓技術(shù)、直徑5 m 低溫貯箱箱底瓜瓣成形、鈦合金及高溫合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件成形等技術(shù)還處在工藝摸索階段。

 

旋壓成形技術(shù)制造的薄壁回轉(zhuǎn)體殼體構(gòu)件解決了在車削加工時存在的剛度低、顫動大、加工精度低等技術(shù)問題或根本無法加工的技術(shù)難題，應(yīng)用于航天領(lǐng)域具有諸多優(yōu)勢。美國強(qiáng)力旋壓生產(chǎn)的φ3900mm大型導(dǎo)彈殼體，徑向尺寸精度達(dá)到0.05mm，表面粗糙度R a 為1.6~3.2um，壁厚差≤0.03mm。美國鈦設(shè)備公司采用1.5m 立式旋壓機(jī)旋壓Φ1524mm 的Ti-6Al-4V鈦合金導(dǎo)彈壓力容器封頭，每個封頭的旋壓時間為5min。民兵洲際導(dǎo)彈第二級固體發(fā)動機(jī)殼體采用了Ti-6Al-4V 鈦合金，并用強(qiáng)力旋壓成形，成形后的鈦合金殼體重量減輕30%。圍繞航天型號對輕質(zhì)、高強(qiáng)、大型化航天需求，德國MT 宇航公司采用旋壓工藝制備出Φ 1905 mm 的高強(qiáng)Ti-15V-3Cr合金推進(jìn)系統(tǒng)貯箱，并應(yīng)用于歐洲阿爾法通信衛(wèi)星巨型平臺，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星平臺的大幅度減重、增加有效載荷。我國的旋壓工藝與設(shè)備的研究源于60 年代初期，鈦合金的旋壓研究始于上世紀(jì)70 年代，經(jīng)過40 多年來的發(fā)展，基本形成了從設(shè)備的研制到工藝開發(fā)一套成熟的體系。國內(nèi)航天所用鈦合金及旋壓制品，如火箭發(fā)動機(jī)外殼、葉片罩、陀螺儀導(dǎo)向罩、內(nèi)蒙皮等，Ti8Al1Mo1V 高鈦合金用于發(fā)動機(jī)葉片熱處理強(qiáng)化鈦合金旋壓成形;TB2 鈦合金用于小型噴管旋壓等。www.nmware.com所采用普旋與強(qiáng)旋相結(jié)合的技術(shù)，以TC3、TC4 2 種鈦合金板材為坯料，熱旋壓制備出了2 種鈦合金半球形(Φ 內(nèi)522mmx2.0mm)、圓柱形儲箱殼體(Φ 163mmx2.0mm&x200mm 的杯形件Φ163mmx2.0mmx360mm 及Φ112mmx6.0mmx1000mm 的筒形件)，國內(nèi)最大直徑的鈦合金筒形件;通過正反2 道次普旋翻邊成功旋壓出Φ 500mm 的薄壁半圓鈦管，零件用于空間飛行器微動力姿態(tài)調(diào)整。

 

針對斜軋穿孔開坯過程中軋輥出現(xiàn)的磨損、變形等缺陷，分析了原因，使用經(jīng)滲氮和未滲氮的同規(guī)格軋輥，作了連續(xù)對比軋制鈦管的試驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)軋輥的磨損是鈦管材在開坯連軋過程中產(chǎn)生擦傷、劃道、折疊等表面缺陷的主要原因。運(yùn)用滲氮熱處理的方法，可提髙軋輥的使用壽命3倍以上，保證了鈦管連軋時的表面質(zhì)量。 分析認(rèn)為，磨大的乳槽減徑段尺寸比原始尺寸增大3mm左右，局部點(diǎn)增大5mm，是被鈦管上硬的氧化皮磨損導(dǎo)致。由圖1可以看到，在變形的乳輥上，軋槽在減徑段被磨大，并形成一個直徑突變的錐形區(qū)段；在軋輥軋槽減壁段的開始段，還出現(xiàn)了一個波紋狀臺階。波紋狀臺階是由于乳槽在減壁段承受的壓力最大，并且由于前后滑區(qū)的存在，乳槽表層的金屬在高應(yīng)力下發(fā)生了塑性流動所致。開坯管的表面光滑，表面光潔度Ra達(dá)1.6pm,外徑尺寸偏差為±0.05mm,管材的變形錐體圓滑,表明軋親軋槽曲線沒有受到滲氮熱處理的影響。相比使用未滲氮處理的軋輥，連續(xù)軋制欽開坯管，12h后乳出的鈦開坯管表面連續(xù)出現(xiàn)擦傷、劃道，局部管表已有起皮、深度劃傷的缺陷，這時鈦管材可以判定不合格。檢査乳輥時，已見乳槽出現(xiàn)弧形的磨損帶，局部區(qū)段巳嚴(yán)重磨損。再繼續(xù)試乳，16h后檢査乳輥，此時乳槽出現(xiàn)波紋狀的臺階。通過測量，發(fā)現(xiàn)軋輥上的缺陷部位與管材錐體上出現(xiàn)的缺陷部位一一對應(yīng)，表明軋輯出現(xiàn)缺陷是造成管材表面缺陷的主要原因。實(shí)驗(yàn)所用軋機(jī)型號為LG60-H型，管坯材質(zhì)為TA2,管坯規(guī)格為批0mmx8mm,開坯后規(guī)格為抑3mmX5mm。用滲氮處理的乳輥試乳，經(jīng)過36h以后，連軋成的合格鈦開坯管支數(shù)是未滲氮乳輥連軋支數(shù)的3倍。此時，軋槽表面光滑，僅局部側(cè)邊開口處有輕微粘點(diǎn)。粘點(diǎn)只需手工拋光，又可連乳。