材料科學(xué)與工藝：5083鋁合金殼體超塑脹形加載曲線優(yōu)化控制
2022-11-21【作 者】趙祖德;徐雪峰;童國權(quán);朱世鳳;黃少東;曹洋
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)件質(zhì)量，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)材料的變形依賴于板厚變薄對(duì)復(fù)雜深腔類零件，成形過程中板料各點(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題不可替代的工具[1-3].
保證超塑成形過程在最佳應(yīng)變速率下進(jìn)行是獲得壁厚比較均勻零件的先決條件[3-5]，因此，超塑成形有限元模擬必須采用特定的加載算法它不僅影響成形效率，還影響成形質(zhì)量有限元軟件MARC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)量鄭政[6]在算法設(shè)計(jì)時(shí)擯棄了應(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MARC，本文對(duì)5083鋁合金殼體的超塑脹形成形過程進(jìn)行模擬通過植入作者編寫的加載算法子程序，跟蹤零件變形集中部位的應(yīng)變速率來調(diào)整成形過程的應(yīng)變速率，使之盡可能接近或達(dá)到最佳應(yīng)變速率，獲得了加載曲線，并在有限元分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了超塑成形實(shí)驗(yàn)。
【結(jié) 論】
本文改進(jìn)了MARC軟件默認(rèn)的加載算法，超塑成形了具有幾何形狀突變的5083鋁合金殼體，改善了成形零件壁厚分布。
1）優(yōu)化的加載曲線改善了5083鋁合金殼體的成形性能，殼體厚度分布比較均勻。
2）采用殼單元的有限元仿真能直觀地觀察超塑成形過程中材料流動(dòng)情況，獲得成形零件的厚度分布但是，彎曲效應(yīng)影響零件形狀突變處的模擬準(zhǔn)確性。
3）運(yùn)用改進(jìn)的加載算法，并采用如正反脹成形、拉深與脹形相結(jié)合等成形技術(shù)將獲得更均勻的壁厚分布，成形效果會(huì)更加理想。
以下是正文：
