塑性工程学报：Sn-Bi合金介质压力成形下轻质铝板的成形性
2023-12-12【作 者】邵林;王立岩;刘双宇
【引 言】
近年来随着大量轻质合金板材在航空航天和轨道交通等领域的广泛使用[1-3]，对简单化、高精度及低成本轻质合金板材的曲面成形工艺不断提出新的要求[4]。其中在提高板材成形性的背景下，软模成形技术发展较快，其原理为采用某种材料代替刚性凸模或凹模作为成形的传力介质，诸如液体、固体颗粒和低熔点合金等被用作传力介质，再配合另一刚性凸模或凹模，在传力介质作用下使板材贴模成形。
本文针对薄壁曲壳类轻质铝合金零件的成形难点，基于ABAQUS流固藕合分析和试验，采用Sn-Bi合金介质压力成形方法，直接用于轻质铝合金板材成形。对于Sn-Bi合金介质压力成形，先用数值模拟建立了其有限元模型，再基于数值模拟获得的参数进行Sn-Bi合金介质压力成形试验，最后将数值模拟结果与试验结果进行对比分析，并成功试制出薄壁曲壳零件。
【结 论】
(1)在Sn-Bi合金介质压力成形过程中，由于板材在上层板内径处受到来自介质的切向应力，靠近板材中部区域等效应变值较大，上层板内径增大，Sn-Bi合金介质与板材上部的接触面积减小，可减弱其切向应力，因此需考虑切向应力过大而导致的破裂和起皱。
(2)对于Sn-Bi合金介质成形，在板材成形过程中，Sn-Bi合金介质厚度H直接改变了板材的径向受力状态，H= 10 mm下板材最大应力区域先开始增多，H=12 mm下的板材最大应力区域明显稀疏。当板材产生变形时，边缘处受压应力作用而中间处受双向拉应力作用，Sn-Bi合金介质具有非均匀分布特性，可使成形板材应力分布更加均匀，从而抑制边缘处的起皱。
(3)通过对比分析模拟件和试验件的厚度分布，可以看出，在冲头接触区和支撑区，成形板材厚度变化呈先上升在下降趋势，在介质流动区，均呈上升趋势。试验结果表明，板材在支撑区向介质流动区过渡时，受双向拉应力和切向应力影响，会过度减薄，发生破裂，在H= 12 mm, D = Φ30 mm时，减薄率为8%，减少了Sn-Bi合金介质对板材的切向应力，使得板材在减薄区的材料减薄率降低，从而抑制了破裂。
以下是正文：
