王耀等：一种板材小圆角胀压复合成形工艺解析 ·1083· (a) 凸模 (b) 压边图 凸模 压边圈 预成形试件 ,板料 液室 液室 图10有限元模型.(a)预成形充液拉深：(b)终成形胀压复合 Fig.10 Finite element model:(a)pre-forming by hydro-mechanical deep drawing:(b)final forming by bulging-pressing compound forming 3.3结果与分析 液体的作用下或已知未贴模继续增大液室压力情况 根据理论分析，确定预成形高度为29.4mm,预成 下，该圆角区很可能由于局部拉应力过大而导致胀破 形凹圆角取6.67倍料厚，考虑到成形过程坯料壁厚变 预成形高度为32mm时，在试件直壁区产生叠料，圆角 化及材料流动的影响，设计预成形高度分别为28、29、 区产生起皱，主要由于预成形高度较大，储料量较多， 30和32mm进行数值模拟.压边力为2.45×105N,液 致使小凹圆角区处于“多料”状态，成形过程凸模下 压力路径选择最优加载路径.数值模拟结果如图11 行，在背压作用下将多余的料传递到直壁区，造成直壁 所示，图中左上角为试件成形极限图，其纵坐标为主应 区料多而无法吸收产生堆叠.预成形高度为29mm和 变数值￡，横坐标为次应变数值E2·可以看出随着预 30mm时，试件成形效果较好，圆角填充到位.但相比 成形高度的增加，小凹圆角处的失稳状态逐渐从无法 预成形高度为29mm和30mm时，试件圆角区出现了 贴模（继续增大液室压力将出现破裂）向起皱过渡.预 轻微的起皱现象.预成形高度29mm与理论计算值最 成形高度为28mm时，试件在小凹圆角处无法完全贴 接近，成形试件品质较好，未出现破裂和起皱缺陷，说 模，主要由于预成形高度较小，未储备成形所需足够的 明预成形料的储备量合适，并且试件壁厚分布更加均 料，致使小凹圆角区处于“缺料”状态，加之加工硬化 匀，小凹圆角区没有明显的减薄和增厚（如图12 使圆角周围材料很难向圆角区流动，在成形后期高压 所示) L0PART-BLANK OPART:BLANK 08 0 05-0.3-0.10.10.305 0.5-03-0.10.10.3 0.5 (a LOPART:BLANK LOPART:BLANK 0.8 0.6 0.5-03-0.10.1030.5 05-0301003 (c) d 图11不同预成形高度下试件成形极限图.(a)预成形高度为28mm:(b)预成形高度为29mm:(c)预成形高度为30mm:(d)预成形高度 为32mm Fig.11 Specimen FLD with different pre-forming depths:(a)pre-forming depth of 28 mm:(b)pre-forming depth of 29mm:(c)pre-forming depth of 30 mm:(d)pre-forming depth of 32 mm 根据胀形压力与背压凸模运行速度匹配关系分 与凸模不接触状态，并且在背压作用下，试件直壁区底 析，设计如图13所示的三种路径曲线，三种路径下试 部出现“压下”现象（如图14(a)所示），极易造成起皱 件成形质量如图14所示.可以看出，匹配路径1由于 缺陷.匹配路径3则由于初期液室压力较大，凸模下 初期液室压力较小，凸模下行速度较快，造成试件顶部 行速度较慢，使得试件圆角区在较大液室压力下发生王 耀等: 一种板材小圆角胀压复合成形工艺解析 图 10 有限元模型． ( a) 预成形充液拉深; ( b) 终成形胀压复合 Fig． 10 Finite element model: ( a) pre-forming by hydro-mechanical deep drawing; ( b) final forming by bulging-pressing compound forming 3. 3 结果与分析 根据理论分析，确定预成形高度为 29. 4 mm，预成 形凹圆角取 6. 67 倍料厚，考虑到成形过程坯料壁厚变 化及材料流动的影响，设计预成形高度分别为 28、29、 30 和 32 mm 进行数值模拟． 压边力为 2. 45 × 105 N，液 压力路径选择最优加载路径． 数值模拟结果如图 11 所示，图中左上角为试件成形极限图，其纵坐标为主应 变数值 ε1，横坐标为次应变数值 ε2 ． 可以看出随着预 成形高度的增加，小凹圆角处的失稳状态逐渐从无法 贴模( 继续增大液室压力将出现破裂) 向起皱过渡． 预 成形高度为 28 mm 时，试件在小凹圆角处无法完全贴 模，主要由于预成形高度较小，未储备成形所需足够的 料，致使小凹圆角区处于“缺料”状态，加之加工硬化 使圆角周围材料很难向圆角区流动，在成形后期高压 液体的作用下或已知未贴模继续增大液室压力情况 下，该圆角区很可能由于局部拉应力过大而导致胀破． 预成形高度为 32 mm 时，在试件直壁区产生叠料，圆角 区产生起皱，主要由于预成形高度较大，储料量较多， 致使小凹圆角区处于“多料”状态，成形过程凸模下 行，在背压作用下将多余的料传递到直壁区，造成直壁 区料多而无法吸收产生堆叠． 预成形高度为 29 mm 和 30 mm 时，试件成形效果较好，圆角填充到位． 但相比 预成形高度为 29 mm 和 30 mm 时，试件圆角区出现了 轻微的起皱现象． 预成形高度 29 mm 与理论计算值最 接近，成形试件品质较好，未出现破裂和起皱缺陷，说 明预成形料的储备量合适，并且试件壁厚分布更加均 匀，小凹圆角区没有明显的减薄和增厚 ( 如 图 12 所示) ． 图 11 不同预成形高度下试件成形极限图． ( a) 预成形高度为 28 mm; ( b) 预成形高度为 29 mm; ( c) 预成形高度为 30 mm; ( d) 预成形高度 为 32 mm Fig． 11 Specimen FLD with different pre-forming depths: ( a) pre-forming depth of 28 mm; ( b) pre-forming depth of 29 mm; ( c) pre-forming depth of 30 mm; ( d) pre-forming depth of 32 mm 根据胀形压力与背压凸模运行速度匹配关系分 析，设计如图 13 所示的三种路径曲线，三种路径下试 件成形质量如图 14 所示． 可以看出，匹配路径 1 由于 初期液室压力较小，凸模下行速度较快，造成试件顶部 与凸模不接触状态，并且在背压作用下，试件直壁区底 部出现“压下”现象( 如图 14( a) 所示) ，极易造成起皱 缺陷． 匹配路径 3 则由于初期液室压力较大，凸模下 行速度较慢，使得试件圆角区在较大液室压力下发生 · 3801 ·