材料科學與工藝：空洞敏感型超塑材料充模脹形的有限元模擬
2023-05-19【作 者】李園春;杜志孝;吳詩淳
由于超塑成形工藝所具有的極大優(yōu)越性， 使其在工業(yè)各領(lǐng)域 的應用日益廣泛。但超塑成形中材料往往空洞化， 不僅會降低材料的成形極限， 還會 削弱成形零件在使用過程中的機械性能[1]，故近年來對成形過程中空洞的發(fā)展及影響的研究受到很大重視。
目前， 對超塑自由脹形過程的有限元模擬已有許多研究[2,3] ， 但對充模脹形尤其是考慮空洞效應的有限元模擬尚未見有報導。這可能是由于充模 脹形時單元不斷貼模而使邊界條件不斷改變、摩擦問題難以處理從而造成計算過程不穩(wěn)定、難于收斂的原因。此外， 如何恰當?shù)満嫌嬎憧斩窗l(fā)展也是難點所在。
本文采用大變形剛粘塑性有限元模擬研究了軸對稱錐形模超塑脹形過程及其間的空洞發(fā)展過程。分析了材料參數(shù)如應變速率敏感指數(shù)m、應變硬化指數(shù)n 和模具幾何形狀參數(shù)如相對高度Hm/Rm、模具圓角半徑ro、模具傾角θ 以及板料初始厚度ho、工模具間摩擦因子Am對充模過程及脹形件輪廓厚度不均性的影響；利用修正的Gurson方程[4]推導出空洞長大模型并計算了空洞的發(fā)展過程。所得結(jié)果對超塑充模脹形的理論研究和實際工藝設計 (如合理確定模具形狀、工藝規(guī)范等)均具有重要意義。
【結(jié) 論】
在軸對稱超塑充模脹形過程及其間的空洞發(fā)展過程中， 欲獲得最佳的厚度分布均勻性， 應盡量在大的m值、 小的摩擦、合理的模具高度與傾角以 及較大的模具圓角下脹形空洞在成形過程中要長大， 為避免發(fā)生空洞型失穩(wěn)破壞， 應控制變形量及采用相應的抑制空洞發(fā)展的方法如改善組織、
施加靜水壓力等。此外， 控制變形量也是避免發(fā)生宏觀頸縮失穩(wěn)的要求控制變形量可通過選擇最佳的模具形狀幾何參數(shù)來實現(xiàn)。
以下是正文：
