南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)：TC4復(fù)雜盒形件超塑脹形加載曲線優(yōu)化控制
2022-11-09【作 者】黃銳
超塑成形是制造難變形材料復(fù)雜零部件的一種有效精密成形技術(shù)，它可以大幅度減輕構(gòu)件重量和降低制造成本。在簡(jiǎn)單凹模脹形中，壓邊圈下的材料不能向模腔補(bǔ)料，模腔內(nèi)材料的變形依賴(lài)于板厚變薄。對(duì)復(fù)雜深腔類(lèi)零件，成形過(guò)程中板料各點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)均不相同且隨時(shí)間變化，導(dǎo)致成形件壁厚均勻性差。改善壁厚均勻性是超塑成形研究的重要內(nèi)容之一。目前，改善壁厚均勻性實(shí)用的超塑成形技術(shù)主要有正反脹形法、動(dòng)模成形法等。傳統(tǒng)的超塑成形是在簡(jiǎn)單力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，依靠經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)試錯(cuò)，浪費(fèi)人力物力。對(duì)某種結(jié)構(gòu)件適用的成形參數(shù)，并不能保證其最優(yōu)。有限元模擬已成為分析集物理非線性、幾何非線性與邊界非線性于一體的超塑成形問(wèn)題不可替代的工具[1-3]。
保證超塑成形過(guò)程在最佳應(yīng)變速率下進(jìn)行是獲得壁厚比較均勻零件的先決條件，因此超塑成形必須采用特定的氣壓加載算法。它不僅影響成形效率，還影響成形質(zhì)量。有關(guān)加載算法的探索是超塑成形研究的重點(diǎn)之一，并已取得了較明顯的進(jìn)展[3-5]。有限元軟件M A RC 2003默認(rèn)的加載算法是以最佳應(yīng)變速率對(duì)應(yīng)的流動(dòng)應(yīng)力與某時(shí)刻計(jì)算獲得的所有單元平均流動(dòng)應(yīng)力的比值去調(diào)節(jié)下一步的成形氣壓[6]。但是，已經(jīng)貼模單元的應(yīng)變速率很低甚至為零，該加載算法將使實(shí)際應(yīng)變速率高于最佳值，這將影響成形件的質(zhì)量。M urali等[7]改進(jìn)了MARL軟件的加載算法，進(jìn)行了A15083汽車(chē)裙板超塑成形模擬。鄭政[8]改進(jìn)了M A RC 2003的加載算法，摒棄了零件上應(yīng)變速率最高的5%的單元，取余下單元中應(yīng)變速率前20%單元的平均值。
利用軟件M ARC 2003，本文對(duì)TC4復(fù)雜盒形件的成形過(guò)程進(jìn)行模擬。調(diào)用作者改進(jìn)的加載算法子程序，跟蹤零件變形集中部位的應(yīng)變速率來(lái)調(diào)整成形過(guò)程的應(yīng)變速率，使之盡可能在最佳應(yīng)變速率附近，獲得加載曲線。在有限元分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行超塑成形實(shí)驗(yàn)。最后，對(duì)比分析零件壁厚預(yù)報(bào)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
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