摩擦学学报：轴对称件超塑约束胀形中的摩擦效应
2023-04-28【作 者】李运兴;胡平;柳玉启
【前 言】
近年来 ，超塑胀形作为一种金属成形方法已经广泛地应用于机电和航空航天工业领域 ，借以制造诸如机翼壁板之类形状复杂的构件。超塑成形方法的突出优点不只在于能够一次成形出构形复杂的零件 ，而且所用模具的加工费用很低 ，生产成本仅相当于常规成形法的20%等。故其正日渐受到世界各国的普遍关注。
超塑胀形分为自由胀形和约束胀形两种 ，都是将周边夹紧 ，一侧加压 ，区别只在于后者有凹模 ，随着压力的增大而将板料胀入凹模型腔内。通常 ，把有凹模的胀形称为约束胀形过程。超塑胀形最突出的问题是沿胀形件轮廓厚度 的不均匀性。尤其在约束胀形过程中 ，一旦板料与凹模壁接触就在界面发生摩擦 ，这对板料已贴模部分相对于凹模的运动会产生约束 ，从而对板料在胀形过程中的厚度变化及其向凹模角部的充填性都将带来很大的影响。因此 ，对 约束胀形过程中摩擦效应的研究 ，不仅是生产工艺中亟待解决的问题 ，而且也具有重要的理论价值 。然而截至目前 ，有关超塑约束胀形理论的研究报道还很不多。特别是对胀形过程的有限元 (FEM)模拟研究就更为罕见。
Nakamaehi等【采用弹塑性 FEM 研究了硬化材料的约束胀形 ，但因计算不稳定而只涉及部分摩擦情况。本文采用大变形和膜单元刚粘塑性FEM模拟了轴对称件向直壁圆筒形凹模内超塑约束胀形的整个贴模过程 ，着重研究了界面摩擦对胀形件的厚度分布不均匀性及其向凹模角部充填性的影响 ，并将数值模拟与试验结果作了对比，获得了对生产实际具有指导意义的结论。
【结论】
采用大变形刚粘塑性有限元模拟了轴对称件向圆筒形凹模内超塑约束胀形的变形过程。着重研究了工具一工件之界面摩擦对胀形过程的影响 ，由此得出如下主要结论 ：
a． 随着摩擦的降低 ，胀形件侧向较厚部分能有所减薄 ，可以改善整个胀形件厚度分布的均匀性 ，但当Am ≤ 0．2(即μ ≤ 0．12)时 ，胀形件极顶部分的减薄过大。
b． 摩擦较小时 ，胀形板料向凹模角部的充填性较好。
c． 在考虑到极点附近厚度适度减薄和胀形板料向凹模角部充填性好的前提下 ，工艺上应当适当减小摩擦 ，其最佳 状态是摩擦系数值约为 0．3。
d． 计算结果与试验验证结果基本一致 ，只是在凹模角部上呈现出比较大的偏差 ，这是因为在本文的计算中忽略了单元的弯曲效应且没有考虑凹模圆角的结果。
以下是正文：
