吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：超塑脹形充填圓角、型槽最佳加壓規(guī)律的力學(xué)解析
2023-05-31【作 者】宋玉泉;趙軍
【前 言】
很低的變形抗力和很高的延展性是超塑性材料在超塑狀態(tài)下最顯著的力學(xué)特征。因此，無(wú)需擔(dān)心設(shè)備噸位和模具強(qiáng)度、 甚至可成形性的問(wèn)題。 然而超塑變形需 在很低的應(yīng)變速率條件下才能實(shí)現(xiàn)， 而結(jié)構(gòu)超塑性材料要獲得內(nèi)部組織條件， 還要經(jīng)過(guò)相當(dāng)復(fù)雜的超塑性處理過(guò)程。 目前慣用的恒壓成形未能發(fā)揮超塑性的潛力， 因此超塑性力學(xué)的主要任務(wù)是研究超塑成形的最佳規(guī)律。 依此規(guī)律成形， 可以提高斷裂極限和變形速率。提高斷裂極限， 便可降低超塑指標(biāo)， 相應(yīng)的可簡(jiǎn)化超塑處理程序。 對(duì)于超塑脹形而言， 系近似的平面應(yīng)力狀態(tài)， 斷裂極限就尤顯重要。 至于提高成形速率， 則是超塑性向?qū)嵱没l(fā)展的重要關(guān)鍵。 因此， 關(guān)于超塑脹形最佳規(guī)律的研究頗受國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。
Jovane在“圓形薄板超塑成形的近似分析”一文[1]中對(duì)自由脹形進(jìn)行了理論分析，Holi在其題為“ 超塑板材氣壓脹形” 一 文[2] 中， 對(duì)自由脹形和充壁90。V形型槽進(jìn)行了分析，HAhrehko和Pehhe的文章[3]對(duì)具有長(zhǎng)條加強(qiáng)筋， 且筋的角部具有小圓角半徑必須充填的薄殼件為例進(jìn)行 了理論分析和工藝參數(shù)選擇的研究。Cornfield和Johnson在其“超塑金屬板成形”一 文[4] ，中對(duì)自由脹形作了純數(shù)值分析。他們的工作對(duì)超塑脹形力學(xué)的發(fā)展確實(shí)起了很大的作用， 但是總的看來(lái)， 至少存在兩個(gè)問(wèn)題：第一， 在理論解析中都把應(yīng)力場(chǎng)、 應(yīng)變場(chǎng)和應(yīng)變速率場(chǎng)作均勻處理， 即只是時(shí)間的函數(shù)， 與幾何坐標(biāo)無(wú)關(guān)。這種近似處理， 顯然與真實(shí)情況很不符合；第二， 數(shù)值解雖然能給出令人滿意的結(jié)果，但是卻掩蓋了各種因素間的制約關(guān)系， 因此對(duì)變形過(guò)程的規(guī)律性認(rèn)識(shí)， 以及從全局觀點(diǎn)確定最佳工藝參數(shù)均顯不足。
就任一薄殼形零件的脹形過(guò)程而言， 可分為自由脹和充填圓角、 型槽兩個(gè)主要階段。 前者是指成形件尚未貼模的整個(gè)階段， 這在前文[5] 中已對(duì)其脹形極限和最佳加壓規(guī)律做了詳細(xì)的論述。 后者是指成形件貼模之后， 開(kāi)始充填圓角、型槽直至成形結(jié)束的整個(gè)階段。從本文即將看到， 這個(gè)階段所占的時(shí)間要比自由脹形長(zhǎng)得多， 而且直接影響成形件的質(zhì)量和精度。本文主要是以建立在連續(xù)介質(zhì)塑性力學(xué)基礎(chǔ)上所得的超塑自由脹形解析理論[6] ，以及利用變m值超塑本構(gòu)方程[7] 于這一理論所得的解析表達(dá)式[8] 為依據(jù)， 并追蹤前文[5] ， 給出脹形第二階段的最佳加壓規(guī)律， 結(jié)合實(shí)例驗(yàn)證對(duì)比， 以求得到確定脹形工藝參數(shù)的理論依據(jù)。
【結(jié) 論】
1、從理論上給出在恒壓作用下充填圓角、 型槽的極限圖， 由圖可簡(jiǎn)便地確定所需的壓力和時(shí)間。
2、從理論上給出按最佳加壓規(guī)律充填圓角、型槽的極限圖， 由圖可簡(jiǎn)便地確定最佳加壓規(guī)律和最短的充填時(shí)間。
3、結(jié)合影片盒的實(shí)例得出， 按最佳加壓規(guī)律成形比恒壓節(jié)省時(shí)間 1/4一 1/2而且精度和質(zhì)量也有提高。
4、由上可見(jiàn)， 超塑脹形的基本力學(xué)解析[5,6,8]及變值超塑性本構(gòu)方程[7] ，在應(yīng)用中有普遍意義。
以下是正文：
