吹塑成形极限界域的研究

一、前言

　　成形极限图(FLD)是用来表示金属板料在变形过程中，在不同应变路径下的局部失稳极限应变e1和e2(工程应变)或ε1和ε2(真实应变)构成的曲线或条带区域。当板料变形时的两个主应变落在FLD中的成形极限曲线之上，则板变形时就会破裂；反之，则安全。FLD曲线它全面反映了板料吹塑成形时在双向拉应力作用下的成形极限，同时也反映了金属的流动规律。超塑成形时，由于影响其变形的因素很多，将应变状态图与FLD曲线比较，即可清楚地看出不同因素下板料上各点的应变及哪些部位易破裂等情况，在以后成形时，可对危险部位采取措施防止破裂。

　　二、试验装置

　　本试验是对工业纯铝板(料厚t=0.4mm)在4种不同温度、加压速度、保温时间下利用4套凹模(圆形、正方形、正三角形和长圆形)进行的正交试验。试验装置如图1所示。

图1

　　三、吹塑成形极限图的绘制

　　1、网格圆的制作

　　目前，绘制FLD曲线大多采用应变分析的网格法。即：在板料上制作许多圆形小网格。当吹塑成形时，圆网格在拉应力作用下变为椭圆形，椭圆形的长、短轴就分别表示了最大应变量和最小应变量。

　　本试验根据4种不同的模具形状，分别在Φ136mm的板面上制作出了相应的网格圆，网格圆直径为2.5mm(以圆形和正方形为例)(见图2)。

图2

　　2、圆网格的测量及应变计算

　　用测量显微镜测量变形后椭圆形的长、短轴尺寸，代入以下公式计算其工程应变

　　式中do——网格圆初始直径
　　 d1——网格圆畸变后的长轴尺寸
　　 d2——网格圆畸变后的短轴尺寸

　　3、绘制FLD曲线

　　将计算出的工程应变描在坐标平面内，即可得到相应工艺参数下的成形极限图(见图3)。

图3

　　四、结果分析

　　将制作的FLD曲线与对应的应变状态图比较，可以看出：对于圆形工件来说，危险点在圆顶部位。这是因为在成形过程中，材料受双向拉应力的作用，使得表面积增大而厚度减小，圆顶处ε最大，厚度变薄最严重，一旦此处的拉应力超过了其强度，圆顶处就会破裂。

　　对于正方形工件来说，危险点在圆角处。这主要在吹塑成形开始时，试样与模具首先在圆角处贴紧，摩擦力最大，材料的流动比较困难，在较大的压边力作用下，此处材料因强度不足而易破裂。

　　五、结论

　　本文利用吹塑成形方法，用4套不同的凹模成形铝板，作出各工艺参数下对应的成形极限图，将成形极限图与对应的应变状态图相比较，分析确定出了危险点。分析结果与实验是相吻合的。