吉林大学学报：超塑胀形充填圆角、型槽最佳加压规律的力学解析
2023-05-31【作 者】宋玉泉;赵军
【前 言】
很低的变形抗力和很高的延展性是超塑性材料在超塑状态下最显著的力学特征。因此，无需担心设备吨位和模具强度、 甚至可成形性的问题。 然而超塑变形需 在很低的应变速率条件下才能实现， 而结构超塑性材料要获得内部组织条件， 还要经过相当复杂的超塑性处理过程。 目前惯用的恒压成形未能发挥超塑性的潜力， 因此超塑性力学的主要任务是研究超塑成形的最佳规律。 依此规律成形， 可以提高断裂极限和变形速率。提高断裂极限， 便可降低超塑指标， 相应的可简化超塑处理程序。 对于超塑胀形而言， 系近似的平面应力状态， 断裂极限就尤显重要。 至于提高成形速率， 则是超塑性向实用化发展的重要关键。 因此， 关于超塑胀形最佳规律的研究颇受国内外学者的重视。
Jovane在“圆形薄板超塑成形的近似分析”一文[1]中对自由胀形进行了理论分析，Holi在其题为“ 超塑板材气压胀形” 一 文[2] 中， 对自由胀形和充壁90。V形型槽进行了分析，HAhrehko和Pehhe的文章[3]对具有长条加强筋， 且筋的角部具有小圆角半径必须充填的薄壳件为例进行 了理论分析和工艺参数选择的研究。Cornfield和Johnson在其“超塑金属板成形”一 文[4] ，中对自由胀形作了纯数值分析。他们的工作对超塑胀形力学的发展确实起了很大的作用， 但是总的看来， 至少存在两个问题：第一， 在理论解析中都把应力场、 应变场和应变速率场作均匀处理， 即只是时间的函数， 与几何坐标无关。这种近似处理， 显然与真实情况很不符合；第二， 数值解虽然能给出令人满意的结果，但是却掩盖了各种因素间的制约关系， 因此对变形过程的规律性认识， 以及从全局观点确定最佳工艺参数均显不足。
就任一薄壳形零件的胀形过程而言， 可分为自由胀和充填圆角、 型槽两个主要阶段。 前者是指成形件尚未贴模的整个阶段， 这在前文[5] 中已对其胀形极限和最佳加压规律做了详细的论述。 后者是指成形件贴模之后， 开始充填圆角、型槽直至成形结束的整个阶段。从本文即将看到， 这个阶段所占的时间要比自由胀形长得多， 而且直接影响成形件的质量和精度。本文主要是以建立在连续介质塑性力学基础上所得的超塑自由胀形解析理论[6] ，以及利用变m值超塑本构方程[7] 于这一理论所得的解析表达式[8] 为依据， 并追踪前文[5] ， 给出胀形第二阶段的最佳加压规律， 结合实例验证对比， 以求得到确定胀形工艺参数的理论依据。
【结 论】
1、从理论上给出在恒压作用下充填圆角、 型槽的极限图， 由图可简便地确定所需的压力和时间。
2、从理论上给出按最佳加压规律充填圆角、型槽的极限图， 由图可简便地确定最佳加压规律和最短的充填时间。
3、结合影片盒的实例得出， 按最佳加压规律成形比恒压节省时间 1/4一 1/2而且精度和质量也有提高。
4、由上可见， 超塑胀形的基本力学解析[5,6,8]及变值超塑性本构方程[7] ，在应用中有普遍意义。
以下是正文：
