·1082· 工程科学学报，第39卷，第7期 圆角最终贴模.此种匹配关系成形过程圆角区A点的 整个成形过程，圆角区均为拉一拉应力状态， 应力状态如图8所示.可以看出，整个胀压成形过程 0≤A≤1，y。=2λ-1. (13) 中圆角区始终保持双拉应力状态，纬向拉应力σ。大 应力状态的稳定及始终较小的径向拉应力σ。，使 于经向拉应力σ。，并且σ。始终较小，保持在一个合 得成形过程圆角区不易产生起皱或破裂缺陷.同时， 适范围内：整个过程双向应力值虽均有增大，但增幅 较大地纬向拉应力σ。可以使纬向变形更加均匀，圆角 很小 区成形性更好 6 创 b 图8匹配方式二下圆角区A点的应力状态.(a)成形初期：(b)成形中期：(c)成形后期 Fig.8 Stress state of the A point in the round corner area using the matching mode two:(a)initial stage of forming:(b)middle stage of forming: (c)later stage of forming 出，铝合金材料室温下塑性较差，延伸率仅为10%，成 3工艺验证 形过程中在小凹圆角处极易发生破裂缺陷.试件表面 3.1试验件及材料 质量要求很高，不得有任何明显的划痕.从试件的结 试验件形状及尺寸如图9所示，试件壁厚为1.5 构特点及成形要求方面均可以看出，对于小凹圆角的 mm,顶部小凹圆角仅为4.0mm,为2.7倍料厚.试件 精准成形是该试件成形的关键.试验在5600kN板材 材料为铝合金20240，力学性能如表2所示，可以看 充液成形设备上进行. 154 ◆200 (aj (b) 图9试验件形状及尺寸.(a)俯视图：(b)A-A剖视图（单位：mm) Fig.9 Part with shape and key dimensions:(a)vertical view:(b)A-A cutaway view (unit:mm) 表22024-0铝合金板材力学性能参数 点B一T壳单元进行网格离散，采用自适应网格细化功 Table 2 Mechanical properties of the 2024-0sheet metal 能，提高求解精度，使其可以更好地反映小圆角处的成 屈服强度/抗拉强度/延伸率/加工硬化弹性模量， 形状况.凸模、液室及压边圈视为刚性体，选择刚性4 MPa MPa 指数，n E/GPa 节点单元划分网格.材料模型为幂指数硬化模型，考 244 425 10 0.22 68 虑到板料各向异性和平面应力状态，屈服准则选用三 3.2数值模拟方法 参数Barlat屈服准则.板料和模具的接触类型为面- 数值模拟软件选择板材成形专用软件eta/Dy- 面自动接触，由于试验材料为铝合金2024-0，所以板 naform5.8.1,有限元模型如图10所示.板料采用4节 料和模具之间的摩擦系数均取为0.17.工程科学学报，第 39 卷，第 7 期 圆角最终贴模． 此种匹配关系成形过程圆角区 A 点的 应力状态如图 8 所示． 可以看出，整个胀压成形过程 中圆角区始终保持双拉应力状态，纬向拉应力 σθ 大 于经向拉应力 σρ，并且 σρ 始终较小，保持在一个合 适范围内; 整个过程双向应力值虽均有增大，但增幅 很小． 整个成形过程，圆角区均为拉--拉应力状态， 0≤λ≤1，γσ = 2λ － 1． ( 13) 应力状态的稳定及始终较小的径向拉应力 σρ，使 得成形过程圆角区不易产生起皱或破裂缺陷． 同时， 较大地纬向拉应力 σθ 可以使纬向变形更加均匀，圆角 区成形性更好． 图 8 匹配方式二下圆角区 A 点的应力状态． ( a) 成形初期; ( b) 成形中期; ( c) 成形后期 Fig． 8 Stress state of the A point in the round corner area using the matching mode two: ( a) initial stage of forming; ( b) middle stage of forming; ( c) later stage of forming 3 工艺验证 3. 1 试验件及材料 试验件形状及尺寸如图 9 所示，试件壁厚为 1. 5 mm，顶部小凹圆角仅为 4. 0 mm，为 2. 7 倍料厚． 试件 材料为铝合金 2024--O，力学性能如表 2 所示，可以看 出，铝合金材料室温下塑性较差，延伸率仅为 10% ，成 形过程中在小凹圆角处极易发生破裂缺陷． 试件表面 质量要求很高，不得有任何明显的划痕． 从试件的结 构特点及成形要求方面均可以看出，对于小凹圆角的 精准成形是该试件成形的关键． 试验在 5600 kN 板材 充液成形设备上进行． 图 9 试验件形状及尺寸． ( a) 俯视图; ( b) A--A 剖视图( 单位: mm) Fig． 9 Part with shape and key dimensions: ( a) vertical view; ( b) A--A cutaway view ( unit: mm) 表 2 2024--O 铝合金板材力学性能参数 Table 2 Mechanical properties of the 2024--O sheet metal 屈服强度/ MPa 抗拉强度/ MPa 延伸率/ % 加工硬化 指数，n 弹性模量， E /GPa 244 425 10 0. 22 68 3. 2 数值模拟方法 数值模 拟 软 件 选 择 板 材 成 形 专 用 软 件 eta /Dy￾naform 5. 8. 1，有限元模型如图 10 所示． 板料采用 4 节 点 B--T 壳单元进行网格离散，采用自适应网格细化功 能，提高求解精度，使其可以更好地反映小圆角处的成 形状况． 凸模、液室及压边圈视为刚性体，选择刚性 4 节点单元划分网格． 材料模型为幂指数硬化模型，考 虑到板料各向异性和平面应力状态，屈服准则选用三 参数 Barlat 屈服准则． 板料和模具的接触类型为面-- 面自动接触，由于试验材料为铝合金 2024--O，所以板 料和模具之间的摩擦系数均取为 0. 17． · 2801 ·