纯钛方杯深拉成形试验

纯钛方杯深拉成形试验

钛的各向异性指数R值大，甚至在钛板平面内也有很大变化，因此钛的成形性预测比较困难。Takaki Ogawa等人使用LS-DYNA有限元模拟软件，对纯钛进行了方杯深拉成形模拟，并将模拟结果与形成试验结果进行比较，以检验预测的有效性。

有限元模拟试验采用动态显示算法，凸凹模的最大间隙值被设计为0.7 mm，最大冲程为65.5 mm，行程速度为5 000 mm/s，压边力为10 kN，工具(凸模、凹模和压边圈)为刚性体。模拟用钛板选用JIS 2级，厚度0.477 mm，直径100 mm，网格大小为0.2～5.0 mm。所有的摩擦均采用库伦摩擦，摩擦系数设置为0.2。

首先研究了凸模载荷和成形形状随凸模行程的变化关系。对于凸模载荷，当凸模行程小于10 mm时，凸模载荷随行呈线性增加，凸模行程为15 mm时，凸模载荷达到第1个峰值；然后，在凸模行程为35 mm之前，凸模载荷逐渐减小；之后，凸模载荷随行程增加，在凸模行程约为40 mm处达到第2个峰值，最后在到达最终行程时，凸模载荷降至0。经过对比，模拟结果与实验结果一致。凸模行程为20.5、40.5、65.5 mm时的模拟图片和实物图片显示，成形过程中会产生凸耳。

其次研究了厚度和方杯中心沿着截面移动距离的关系。当凸模行程为20.5 mm时，无论是与轧制方向呈0°还是45°，方杯底部的厚度几乎保持在初始厚度；沿着轧制方向，垂直壁的厚度减少，而朝着外围方向的板材厚度增加；另外一方面，沿着与轧制方向呈45°的方向，垂直壁的厚度减少，与沿着轧制方向的规律相似，但是，朝着外围方向的板材的厚度几乎保持不变。当凸模行程为40.5 mm时，垂直壁的厚度沿着轧制方向变化很大。

最后研究了在最大厚度单元处，其厚度随凸模行程变化的规律。在成形过程中，法兰角处厚度增加，当通过凹模圆角半径后厚度降低，即在行程为35 mm处，厚度增大到最大值。

石瑾摘译自《Journal of Physics》