塑性工程学报：界面摩擦对5A02/SUS304覆层板胀形性能影响的理论及有限元分析
2022-03-30【作 者】高铁军;王硕;王晓康;姚永杰
【引 言】
覆层板成形是在塑性较差板材(成形板)的一侧覆上塑性较好且强度较高板材(覆板)，在成形压力作用下发生塑性变形，通过覆板改变成形板在变形过程中的应力状态和变形规律，来提高成形板塑性变形能力的一种方法[1- 5]。Kohayashi M等[6]使用刚模对相同材料的纯铝1050覆层板进行胀形实验，通过改变板厚证明了成形板的极限胀形高度随着覆板的增厚而提高。张志超等[7]通过对5 A06 /SUS321进行液压胀形实验，使得铝合金5 A06胀形高度提高了32 %，极限应变提高到75.4% 。Wang Z等[8- 9]通过对1060/SUS304进行胀形实验发现，覆板作用于铝合金1060的法向压力削弱了成形板拉应力，延缓了成形板裂纹的扩展，法向压力越大成形板成形极限的提高幅度越大。Wang Z J等[10]通过对TC1/SUS304胀形试件金相组织的观察发现，法向压力产生的静水压力可以抑制钛合金TC1的微裂纹及损伤的产生和扩展，从而提高了钛合金TC1的极限胀形高度及壁厚分布均匀性。Wang Y等[11]通过对2B06/2024和2B06/SUS321板材不同椭圆度凹模覆层板胀形实验发现，与无覆板胀形相比较，加入覆板后成形板的等效应变在缩颈前的值更大。陈水先等[12]对铝合金FVS0812半球形件覆层板拉深研究结果表明，相比较单层铝合金半球形件拉深，覆层板拉深工艺在一定程度上有利于改善成形板FVS0812受力情况及应变分布的均匀性。
上述研究结果表明，覆板的力学性能、厚度等因素直接影响成形板的成形性能。除此之外，成形板与覆板之间的界面摩擦也会影响成形板的成形性能。对此本文采用理论分析和有限元方法对5 A02 /SUS304之间不同界面摩擦系数条件下的变形过程进行了分析，得到了界面摩擦对5 A02板材应力的影响规律，为覆层板成形工艺的应用及工艺参数的优化提供参考。
【结 论】
(1)覆层板胀形过程中，胀形试件高度低于成形板单层极限胀形高度时，由于覆板强度较高、塑性较好，成形板在成形压力和覆板共同作用下，二者之间出现的相对滑动趋势较弱，界面摩擦对成形板的成形性能影响较小。
(2)覆层板胀形过程中，胀形试件高度高于成形板单层极限胀形高度时，由于成形板和覆板的材料力学性能相差较大，成形板和覆板之间会出现较为明显的滑动趋势或滑动，界面摩擦对成形板的成形性能影响较大。
(3)覆层板胀形过程中，通过增大成形板和覆板之间的界面摩擦系数，可以有效降低成形板的经向拉应力，能够有效抑制成形板破裂的产生，使成形板的成形性能接近覆板。
以下是正文：
