摘 要

钽钨合金作为一种具有良好力学性能和使用价值的固溶强化型合金，在各个领域具有十分广泛的应用。现阶段对钽钨合金的主要的加工方法有渐进成形、冷摆碾、旋压等，而用拉深的方法对钽钨合金进行加工的应用和研究并不多见，学术界也缺乏对钽钨合金拉深工艺性的系统研究。

本文主要从理论分析和DYNAFORM有限元仿真入手，利用Hollomon经验公式推算、拟合并修正了Ta、Ta-2.5W和Ta-10W的应力-应变曲线，对钽及钽钨合金的拉深过程进行了模拟，并对其拉深后的制件的成形状况、质量等进行了分析。通过对纯钽和不同钨含量的钽钨合金的板料进行拉深有限元仿真，还采用不同厚度的板料重复地进行拉深仿真，探讨了钨含量和板料厚度对合金拉深性能的影响。

本文的研究结果表明，钨含量和板料厚度对拉深件的成形状况和质量均有显著的影响。在其他拉深参数相同的前提下，钨含量的增加会显著增大板料被拉裂的风险，同时也使制件起皱的趋势有一定幅度的上升。板料的相对厚度越大，圆筒形拉深件凸缘部分受到切向压应力时抵抗失稳的能力越强，即在其他条件相同的情况下，板料的厚度越厚，拉深件起皱的倾向越小。在重复的有限元仿真中还发现凸缘的宽度对拉深件的起皱也有影响，凸缘宽度越大，制件起皱的倾向和程度越严重。

本文在钽钨合金的拉深工艺性及其影响因素上有了一定的研究成果，对钽钨合金的加工和应用有一定的指导意义。

关键词：钽钨合金；拉深工艺性；有限元仿真；应力应变曲线

Abstract

Ta-W alloy is a solid solution strengthening alloy which has good mechanical properties and use value, in various fields has a very wide range of applications. At present, the main processing methods of Ta-W alloy are incremental forming, rotary forging forming and so on. The application and research of Ta-W alloy’s processing by deep drawing is rare, and there is a lack of systematic research on the process of Ta-W alloy’s deep drawing.

This paper was based on the theoretical analysis and DYNAFORM finite element simulation. The stress-strain curves of Ta, Ta-2.5W and Ta-10W were calculated and modified by Hollomon's empirical formula. The deep drawing process of Ta and Ta-W alloy was carried out. The shaping status and quality of the workpiece has been analyzed after deep drawing. The paper has discussed the effects of tungsten content and sheet thickness on deep drawing performance of the alloy by finite element simulation.

The results of this study show that tungsten content and sheet thickness have significant effects on the forming condition and quality of the drawing parts. Under the reasonable parameters, the increase of tungsten content can significantly reduce the risk of sheet metal’s crack, but it also slightly increase the trend of wrinkling of the workpiece. When the relative thickness of the sheet is larger, the flange portion’s ability to resist to instability is greater under tangential compressive stress. When the thickness of the sheet is thicker, the tendency of wrinkling is smaller. In the repeated finite element simulation, it was also found that the width of the flange had an effect on the wrinkling of the drawing element. The greater the width of the flange, the greater the tendency and the degree of wrinkling.

In this paper, the research results about the Ta-W alloy’s deep drawing craftsmanship and influential factors will give some guidances to Ta-W alloy’s processing and application.

Key Words：Ta-W alloy；deep drawing；finite element simulation；stress-strain curve

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 相关背景 2

1.3 研究的目的及意义 3

第2章 理论分析 4

2.1 BCC金属的固溶强化 4

2.2 金属材料的形变硬化 4

2.3钨含量对钽钨合金拉深性能影响的理论分析 5

2.4钽及钽钨合金应力-应变关系的研究 6

2.5 拉深工艺参数的计算 10

2.5.1 凹模尺寸的确定 10

2.5.2 板料尺寸的确定 11

2.5.3 其他成形参数的确定 12

第3章 基于DYNAFORM的有限元仿真实验 13

3.1 DYNAFORM5.9简介 13

3.2 实验参数的设定 13

3.3 凹模和板料三维模型的建立 13

3.4 定义模具并划分网格 14

3.5 以钨含量为变量的有限元仿真实验 15

第4章 有限元仿真结果分析 19

4.1 成形极限分析 19

4.2 板料厚度对拉深件起皱的影响 20

4.3 实物实验结果分析 22

4.4 结论 25

第5章 总结 26

参考文献 27

致谢 28

1. 绪论

1.1 引言

钽钨合金是以钽为基体，加入钨元素后形成的固溶强化型合金。钽钨合金具有很高的密度和熔点，其在强酸中的耐腐蚀能力十分良好。在力学性能方面，钽钨合金的强度与纯钽相比有明显的提高，但延性稍有下降。钽钨合金具有高强度、高熔点、高冲击阻抗、高延展性、较好的机械加工性能和抗腐蚀能力等优点。在材料、冶金、物理、工程等领域引起了的广泛关注，现阶段钽钨合金主要应用于弹性零件、航空航天、化学工业、高温技术、核能工业、生物医学等行业领域^[1]。近年来各国尤其加强了钽合金在航空及军事方面的应用，如将钽合金应用于外太空探测器部件及炮筒衬套等^[2]，对加强国家的科技竞争力具有重大意义。

拉深是利用具有一定圆角的模具将平板坯料加工变形成为开口空心零件的工艺方法，属于冲压工艺的范畴。拉深工艺的应用范围相当广泛，可以加工制成圆筒形、锥形、阶梯形、盒形、球形和其他不规则形状的薄壁空心件。拉深具有较高的生产率，且材料利用率高，能够制造出各种尺寸的拉深件和其它加工工艺方法难成形的制件。在电子、电器、机械、仪表、汽车、航空、军工、五金器皿等行业中占有很重要的地位。在拉深的过程中，零件的变形、受力、成形机理、破坏条件等受多种因素影响，是一个十分复杂的过程。圆筒形拉深是所有拉深中最简单、最有代表性的一类拉深，也是应用较广泛的一种拉深^[3]。