Analysis and Simulation of Superplastic Sheet-Metal Bulging by Finite Element Method

ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃＳｈｅｅｔＭｅｔａｌＢｕｌｇｉｎｇｂｙＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄＬｉＪｉｎｇｙｉ（李靖谊）ＺｈａｎｇＺｈｏｎｇｙｕａｎ（张中元）ＹｕｎＱｉｊｉ（运启冀）ＷａｎｇＷｅｉ...

5083铝合金动车车窗超塑气胀成形工艺

超塑气胀成形工艺是复杂薄壁零件成形的主要技术.以5083铝合金为研究对象,利用Marc有限元软件对动车车窗的超塑气胀成形工艺进行研究,选择合适的正反胀时间和压力,设计了3套不同的反胀模具(底面左上端圆角大小不同以及左端是否有凸槽),依次进行热冲压、反胀及正胀有限元分析,最终得出正确的超塑气胀成形模具.结果表明:反胀过程中储料的多少对成形件有显著影响;其中两种成形件的右边储料过多,刚性太大,正胀时难以变形,出现褶皱缺陷,而另外一种成形件由于模具左端设有凸槽减少了储料,刚性也减小,故易于变形且无明显缺陷;成形件最小壁厚为2.496 mm,位于车窗内边缘棱边处,最大减薄率为37.6%,与模具贴合良好且质量稳定,整体壁厚分布均匀.

多曲率截面TC4钛合金超塑性胀形工艺

为研究多曲率截面TC4钛合金超塑性胀形过程中成形气压加载速度对零件成形效果的影响,利用MARC有限元软件对TC4钛合金板材在应变速率为2×10^(-3)s^(-1)条件下进行了超塑性胀形模拟,获得了气压-时间加载曲线。基于该曲线设计了3种不同成形气压加载速度曲线,并分别进行了超塑性胀形试验。试验结果表明,在3种不同成形气压加载速度条件下,气压加载速度越慢,零件成形效果越好。零件各个位置壁厚变化均匀且实际壁厚减薄趋势与模拟得到的壁厚减薄趋势大致相符,零件实际最大壁厚减薄率约为25%,满足零件使用要求。成形后的零件各变形区域的晶粒形状变化不大且均为等轴晶粒,晶粒尺寸随着板材形变量的增大而减小。

轴对称超塑充模胀形有限元模拟

采用大变形刚粘塑性有限元法首次模拟研究了考虑空洞效应的超塑充模胀形过程，模具为轴对称任意倾角锥形模（含直壁圆筒）。采用修正的Ｌａ－ｇｒａｎｇｅ法建立包含摩擦项在内的泛函并在此基础上形成有限元列式并用Ｎ－Ｒ法迭代求解，通过对基体厚度耦合迭代和Ｒ－Ｔ模型来考虑空洞效应；文中分析了充模过程中变形的流动特点及材料参数、模具几何形状参数等对胀形过程和胀形件厚度分布的影响。

半球形Al-Mg-Sc合金超塑胀形壁厚分布的有限元分析

应用MARC软件对半球形Al-Mg-Sc合金的超塑胀形进行仿真,分析了正反向超塑胀形对于半球形件壁厚分布的影响,以及不同深度的凹模对胀形结果的影响。结果表明,采用合理的正反胀形可以很好地改善成形件的厚度不均匀性,试验验证了仿真和试验结果比较吻合。

变形-损伤耦合的起塑性恒压轴对称充模胀形的有限元模拟

采用大变形刚粘塑性有限元法模拟超塑性恒压轴对称充模胀形过程、分析了模具几何参数及材料参数对胀形过程中材料的流变行为、胀形制许厚度分布和成形时间的影响规律。给出了质点的流动轨迹、不同时刻制件的剖面形状及应力、应变分布；基于修正的Gurson粘塑性势推导了内部空洞体积分数累积增大模型并据此进行了变形-损伤耦合计算．

超塑性材料约束胀形过程的数值模拟

采用大变形刚塑性有限元法模拟超塑性材料轴对称锥形模约束胀形过程。分析了应变速率敏感性（m值）和模具侧壁倾角（α值）对胀形件厚度分布的影响。模拟结果与实验结果吻合，从而为应用塑性有限元法指导超塑性材料约束胀形的工艺设计和模具设计提供依据。

铝-镁-钪合金超塑性胀形工艺有限元分析

为解决Al-6Mg-0.2Sc合金半球形件胀形过程中变形区的材料变形流动特点及材料参数等因素对变形的影响,对其胀形工艺进行了试验研究及仿真分析。结果表明:根据等应变速率胀形的模拟结果进行的等应变速率胀形得到的超塑性胀形件存在厚度分布不均和空洞等缺陷,最后采用钢正反向超塑性胀形工艺及增加背压等措施,对于改善胀形件厚度分布不均和降低空洞有比较明显的效果。

空洞敏感材料超塑胀形过程的压力-时间曲线优化设计

压力 -时间曲线在超塑胀形工艺参数的选择和工艺过程优化设计中至关重要。利用刚粘塑性有限元技术对含有细微空洞超塑性材料的胀形过程进行了数值模拟 ,并采用最大等效应变速率恒定的压力控制策略对胀形过程压力 -时间曲线进行了优化设计。以半球壳和圆筒形零件为例 ,对自由胀形和充模胀形两种成形方式给出了压力 -时间曲线设计实例 ,并对计算结果进行了讨论。本文计算模型可推广至其他超塑性成形问题。

空洞敏感材料超塑性胀形过程的有限元模拟

基于刚粘塑性有限元技术采用最大应变速率恒定的压力控制策略和超塑性成形空洞损伤演变模型对空洞敏感材料的超塑性胀形过程进行了数值模拟。分别以半球壳和圆筒形零件为例 ,给出了优化后自由胀形和充模胀形的加压曲线 ,预测了成形零件的壁厚分布及空洞体积损伤情况。本文分析结果对指导超塑性胀形工艺设计具有实际意义。

正反胀形对铝合金超塑成形件厚度的影响

利用有限元软件MARC对5083铝合金零件超塑性成形过程进行模拟,获得了优化的压力-时间加载曲线,同时进行了超塑成形实验,并对不同工艺条件下成形后零件的壁厚分布结果进行了分析比较。结果表明,模拟值与实验值吻合良好,且优化的加载曲线明显改善了成形零件的壁厚分布。

空洞敏感型超塑材料充模胀形的有限元模拟

本文采用大变形刚粘塑性有限元模拟，研究了空洞敏感型超塑材料的充模胀形过程，模具为轴对称任意倾角锥形模。采用轴对称薄膜环单元，由修正的Ｌａｇｒａｎｇｅ法建立包含摩擦项的泛函并在此基础上形成有限元列式。通过对基体厚度耦合迭代和由修正的Ｇｕｒｓｏｎ方程导出的空洞长大模型来计算空洞发展。文中分析了材料参数、模具几何形状参数等对充模过程和胀形件厚度分布不均性的影响。模拟结果与实验值吻合得较好。

轴对称件超塑约束胀形中的摩擦效应

尽管超塑胀形作为一种金属成形方法正日渐受到世界各国的普遍关注，但对超塑约束胀形理论的研究报道却还很少，尤其对胀形过程的有限元模拟研究就更为罕见。针对这种情况，采用大变形刚粘塑性有限元法模拟了轴对称零件向圆筒形凹模内超塑约束胀形的变形过程，着重研究了工具工件之界面摩擦对胀形件厚度分布不均匀性和胀形板料向凹模角部充填性的影响．结果表明，随着摩擦的降低，胀形件的侧向较厚部分能有所减薄，可以改善整个胀形件的厚度均匀性，但当摩擦因子Ａｍ≤０．２（相当于摩擦系数μ≤０．１２）时，胀形件极顶部分的减薄过大；摩擦较小时，胀形板料向凹模角部的充填性较好；在考虑到极点附近厚度适度减薄和胀形板料对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μ值约为０．３．为了检验所用刚粘塑性有限元法模拟的可靠性，将计算结果与试验结果作了对比，发现两者相当吻合。

控制厚度分布的正反向超塑胀形的有限元分析

为研究正反向超塑胀形工艺对厚度分布的影响,应用商业有限元软件MARC对带有凹槽的深盒形7475合金零件正反向超塑胀形过程进行了有限元模拟,并对不同工艺条件下成形后零件的壁厚分布结果进行了分析.研究表明:正反向超塑胀形工艺是控制成形零件壁厚的有效途径,通过优化压力-时间曲线和反向胀形模具形状,明显改善了零件的厚度分布,达到了零件的设计要求;后处理直观地显示了该零件正反向超塑胀形的全过程,为成形提供了合理的方案;零件变形各阶段的应变速率控制在7475合金的应变速率范围内,证明压力-时间曲线设计合理.

超塑性恒压充模胀形过程中材料的流动和充填规律

采用刚粘塑性有限元法模拟超塑性恒压充模胀形过程,给出了材料质点的流动轨迹和不同时刻的胀形件剖面形状,分析了模具几何形状参数对单元贴模次序、贴模部位的影响。

超塑约束胀形贴模过程及厚度分布的FEM模拟

采用大变形刚粘塑性有限元法．成功地模拟了圆板料向轴对称锥形凹模内超塑约束胀形时，胀形件贴模过程。提出了简便摩擦处理方法．给出了保证计算过程稳定性的处理方法。