材料科学与工艺：空洞敏感型超塑材料充模胀形的有限元模拟
2023-05-19【作 者】李园春;杜志孝;吴诗淳
由于超塑成形工艺所具有的极大优越性， 使其在工业各领域 的应用日益广泛。但超塑成形中材料往往空洞化， 不仅会降低材料的成形极限， 还会 削弱成形零件在使用过程中的机械性能[1]，故近年来对成形过程中空洞的发展及影响的研究受到很大重视。
目前， 对超塑自由胀形过程的有限元模拟已有许多研究[2,3] ， 但对充模胀形尤其是考虑空洞效应的有限元模拟尚未见有报导。这可能是由于充模 胀形时单元不断贴模而使边界条件不断改变、摩擦问题难以处理从而造成计算过程不稳定、难于收敛的原因。此外， 如何恰当祸合计算空洞发展也是难点所在。
本文采用大变形刚粘塑性有限元模拟研究了轴对称锥形模超塑胀形过程及其间的空洞发展过程。分析了材料参数如应变速率敏感指数m、应变硬化指数n 和模具几何形状参数如相对高度Hm/Rm、模具圆角半径ro、模具倾角θ 以及板料初始厚度ho、工模具间摩擦因子Am对充模过程及胀形件轮廓厚度不均性的影响；利用修正的Gurson方程[4]推导出空洞长大模型并计算了空洞的发展过程。所得结果对超塑充模胀形的理论研究和实际工艺设计 (如合理确定模具形状、工艺规范等)均具有重要意义。
【结 论】
在轴对称超塑充模胀形过程及其间的空洞发展过程中， 欲获得最佳的厚度分布均匀性， 应尽量在大的m值、 小的摩擦、合理的模具高度与倾角以 及较大的模具圆角下胀形空洞在成形过程中要长大， 为避免发生空洞型失稳破坏， 应控制变形量及采用相应的抑制空洞发展的方法如改善组织、
施加静水压力等。此外， 控制变形量也是避免发生宏观颈缩失稳的要求控制变形量可通过选择最佳的模具形状几何参数来实现。
以下是正文：
