純鈦方杯深拉成形試驗(yàn)

鈦的各向異性指數(shù)R值大，甚至在鈦板平面內(nèi)也有很大變化，因此鈦的成形性預(yù)測(cè)比較困難。Takaki Ogawa等人使用LS-DYNA有限元模擬軟件，對(duì)純鈦進(jìn)行了方杯深拉成形模擬，并將模擬結(jié)果與形成試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，以檢驗(yàn)預(yù)測(cè)的有效性。

有限元模擬試驗(yàn)采用動(dòng)態(tài)顯示算法，凸凹模的最大間隙值被設(shè)計(jì)為0.7 mm，最大沖程為65.5 mm，行程速度為5 000 mm/s，壓邊力為10 kN，工具(凸模、凹模和壓邊圈)為剛性體。模擬用鈦板選用JIS 2級(jí)，厚度0.477 mm，直徑100 mm，網(wǎng)格大小為0.2～5.0 mm。所有的摩擦均采用庫(kù)倫摩擦，摩擦系數(shù)設(shè)置為0.2。

首先研究了凸模載荷和成形形狀隨凸模行程的變化關(guān)系。對(duì)于凸模載荷，當(dāng)凸模行程小于10 mm時(shí)，凸模載荷隨行呈線性增加，凸模行程為15 mm時(shí)，凸模載荷達(dá)到第1個(gè)峰值；然后，在凸模行程為35 mm之前，凸模載荷逐漸減??；之后，凸模載荷隨行程增加，在凸模行程約為40 mm處達(dá)到第2個(gè)峰值，最后在到達(dá)最終行程時(shí)，凸模載荷降至0。經(jīng)過(guò)對(duì)比，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。凸模行程為20.5、40.5、65.5 mm時(shí)的模擬圖片和實(shí)物圖片顯示，成形過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生凸耳。

其次研究了厚度和方杯中心沿著截面移動(dòng)距離的關(guān)系。當(dāng)凸模行程為20.5 mm時(shí)，無(wú)論是與軋制方向呈0°還是45°，方杯底部的厚度幾乎保持在初始厚度；沿著軋制方向，垂直壁的厚度減少，而朝著外圍方向的板材厚度增加；另外一方面，沿著與軋制方向呈45°的方向，垂直壁的厚度減少，與沿著軋制方向的規(guī)律相似，但是，朝著外圍方向的板材的厚度幾乎保持不變。當(dāng)凸模行程為40.5 mm時(shí)，垂直壁的厚度沿著軋制方向變化很大。

最后研究了在最大厚度單元處，其厚度隨凸模行程變化的規(guī)律。在成形過(guò)程中，法蘭角處厚度增加，當(dāng)通過(guò)凹模圓角半徑后厚度降低，即在行程為35 mm處，厚度增大到最大值。

石瑾摘譯自《Journal of Physics》