劉海娟，李 萍，薛克敏

在機(jī)械加工行業(yè)，薄壁帽形件成形一直是一個(gè)技術(shù)難題。薄壁帽形件在成形過(guò)程中存在回彈、易變形、易開(kāi)裂、易翹曲、密度不均勻等諸多問(wèn)題?，F(xiàn)在普遍的成形方式主要有冷成形、溫成形、半固態(tài)成形三種方式，主要依靠材料的塑性完成變形。AL-6061具有良好的塑性，優(yōu)良的耐蝕性，無(wú)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向，熔點(diǎn)在580℃～650℃，鍛造性能優(yōu)良，是一種制作帽形件的理想材料。帽形件的成形過(guò)程是力、摩擦、熱及速度等綜合作用的過(guò)程，每個(gè)環(huán)節(jié)都影響成形質(zhì)量。為提高成形效率，在成形前利用成形軟件進(jìn)行仿真模擬可有效提高成形效率和成形質(zhì)量。有限元數(shù)值模擬的意義是通過(guò)仿真計(jì)算模具壓力及制定合理的工藝方法等提供依據(jù)，通過(guò)數(shù)值模擬可以獲得金屬變形的規(guī)律、速度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律、破壞指數(shù)等，可以預(yù)判金屬在成形過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷，如充不滿、折疊、回流、斷裂等問(wèn)題[1]。

Deform有限元分析軟件是美國(guó)SFTC公司開(kāi)發(fā)的一套專(zhuān)門(mén)用于模擬金屬成形過(guò)程的軟件。該軟件主要用于分析各種復(fù)雜金屬成形過(guò)程中三維材料流動(dòng)情況，適用于熱、冷、溫塑性成形，具有較高的可靠性，能夠提供極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)。Deform軟件是一個(gè)高度模塊化、集成化的有限元模擬軟件，它主要包括前處理器、模擬器、后處理器三大模塊。

前處理器主要包括三個(gè)子模塊：(1)數(shù)據(jù)輸入模塊，便于數(shù)據(jù)的交互式輸入，如初始速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、邊界條件、沖頭行程及摩擦系數(shù)等初始條件；(2)網(wǎng)格的自動(dòng)劃分與自動(dòng)再劃分模塊；(3)數(shù)據(jù)傳遞模塊，當(dāng)網(wǎng)格重新劃分后，能夠在新舊網(wǎng)格之間實(shí)現(xiàn)應(yīng)力、應(yīng)變、速度場(chǎng)、邊界條件等數(shù)據(jù)的傳遞，從而保證計(jì)算的連續(xù)性。

模擬器：真正的有限元分析過(guò)程是在模擬處理器中完成的，Deform運(yùn)行時(shí)，首先通過(guò)有限元離散化將平衡方程、本構(gòu)關(guān)系和邊界條件轉(zhuǎn)化為非線性方程組，然后通過(guò)直接迭代法和Newton-Raphson法進(jìn)行求解，求解的結(jié)果以二進(jìn)制的形式進(jìn)行保存，用戶可在后處理器中獲取所需要的結(jié)果。

后處理器：后處理器用于顯示計(jì)算結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)多種分析結(jié)果，如冷、溫、熱鍛的成形和熱傳導(dǎo)耦合；溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)等的繪制；模擬正火、退火、淬火、回火、滲碳等工藝過(guò)程；預(yù)測(cè)硬度、晶粒組織成分、含碳量等多種功能[2]。

通過(guò)在計(jì)算機(jī)上模擬整個(gè)加工過(guò)程，可減少昂貴的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成本，提高模具設(shè)計(jì)效率，降低生產(chǎn)和材料成本，縮短新產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)周期。本文利用DEFORM-3D模塊進(jìn)行仿真，對(duì)2mm厚AL-6061帽形件進(jìn)行兩種方案的仿真成形，比較成形方案的優(yōu)劣，分析產(chǎn)生成形缺陷的原因，分析材料不同部位的應(yīng)力分布規(guī)律，分析產(chǎn)生破壞的指數(shù)，探尋成形精度與溫度的相關(guān)性，為制定合理的加工工藝提供理論依據(jù)[3]。

1 幾何特征分析

1.1 薄板概念

工程上根據(jù)板的厚度不同，通常可將板作如下的分類(lèi)，如圖1(a)所示的矩形板。設(shè)定坐標(biāo)平面 xoy 與中面(中面是指平分板厚的平面)重合，板厚δ，最小平面寬度為b。

①當(dāng)δ>b/5時(shí)，此類(lèi)板可以稱(chēng)之為厚板，如樁筏，厚板具有更高的抗彎剛度和彎曲強(qiáng)度，主要用來(lái)承受壓力和彎矩。

②當(dāng)δ≤b/5時(shí)，這類(lèi)板可以歸屬于薄板，薄板具有一定的抗彎剛度并能承受壓力和彎矩作用，薄板包含的范疇很多，大部分結(jié)構(gòu)工程中的板都屬于薄板[4]。

本文研究的目標(biāo)成形件如圖1(b)所示，橫向最小尺寸為圓板半徑r，r=36mm，厚度δ=2mm勻質(zhì)板，2mm<36/5mm，比值范圍屬于薄板。成形方式采取沖壓成形和擠壓成形兩種成形方式。板厚方向雖然有尺寸變化，但變形速度極慢，相對(duì)于整體形狀和尺寸的變化來(lái)說(shuō)，可以忽略不計(jì)。故本文所分析模型根據(jù)目標(biāo)件尺寸，可以抽象成平面薄板彎曲模型。

(a)薄板模型(b)本文模型零件圖1 薄板

1.2 薄板彎曲變形本構(gòu)方程

本次成形過(guò)程中，成形件的主要變形方式為宏觀的彎曲變形，截取一半為研究對(duì)象，直觀的變形方式是由“一”字形變成“Z字形”，連續(xù)發(fā)生兩次彎曲。彎曲平面為XY平面，薄板彎曲變形過(guò)程中的微分連續(xù)方程如式(1)所示[5]。

{V}={u,v,w}T,{f}={fx,fy,fz},{q}={qx,qy,qz}

(1)

式中：V表示薄板位移連續(xù)方程，u、v、w分別為x、y、z三個(gè)方向位移分量；f表示薄板的體積連續(xù)方程，fx、fy、fz分別為x、y、z三個(gè)方向的體積分量；q表示薄板的面積連續(xù)方程，qx、qy、qz分別為x、y、z三個(gè)方向的面積分量。

成形件主要在XY面內(nèi)完成彎曲變形，根據(jù)薄板變形連續(xù)微分方程組(1)，可得到XY面內(nèi)的應(yīng)變方程組，如式(2)所示。

(2)

式中εx，εy，γxy分別表示為薄板中x向正應(yīng)變、y向正應(yīng)變、xy綜合切應(yīng)變，ωx為x向撓度，ωy為y向撓度。

建立薄板上任意點(diǎn)在XY方向的彎曲變形程度的曲率計(jì)算方程組，如式(3)所示。

(3)

式中χx，χy，χxy分別表示為薄板中的x向曲率、y向曲率、xy向綜合曲率。

根據(jù)式(1)、式(2)、式(3)建立薄板上任意點(diǎn)在XY平面內(nèi)的綜合應(yīng)變{ε}計(jì)算模型，如式(4)所示。

{ε}={εx+zχx，εy+zχy，γxy+2zχxy}T

(4)

根據(jù)廣義胡克定律，可得薄板上任意點(diǎn)的正應(yīng)力σ，表示如式(5)所示。

(5)

式中E為材料彈性模量，μ為材料泊松比，

2 有限元模型的建立

仿真所用帽形件材料為6061鋁合金，成形厚度為2mm，仿真步驟如下。

(1)首先在UG中建模。在UG中建立凹凸模及板料的實(shí)體模型，如圖2所示，圖2(a)為零件模型半剖尺寸，所有倒角R=0.5mm，UG軟件自帶體積測(cè)量功能，測(cè)得體積V=9903.871mm3，圖2(b)、圖2(c)為兩種成形方案剖面。根據(jù)體積全增量理論確定坯料尺寸，一般坯料體積比目標(biāo)體積多10%左右，本文仿真坯料有兩種，如圖3所示。坯料a：Φ50×5.6mm，體積增量為11.0%；坯料b：Φ38×9.7mm，體積增量為11.1%，均符合體積變形的體積增量范圍。

(a)零件模型(b)方案一沖壓成形(c)方案二擠壓成形圖2 三維模型

圖3 兩種坯料尺寸

(2)通過(guò)UG導(dǎo)出STL文件。STL文件是 CAD與CAE對(duì)接的一種通用格式，主要用于三維設(shè)計(jì)軟件與三維分析軟件之間的轉(zhuǎn)換。將STL文件導(dǎo)入到Deform中，將凹凸模及板料進(jìn)行網(wǎng)格劃分并且進(jìn)行檢查。在有限元分析中，網(wǎng)格劃分的疏密程度對(duì)于仿真的精度和運(yùn)算時(shí)間有一定的影響，因此在一些接觸較多變形較大的部分將網(wǎng)格劃分得密一點(diǎn)，在一些變形不大或者沒(méi)有變形的部分將網(wǎng)格劃分得較為疏一點(diǎn)。在本文的模型當(dāng)中，板料是發(fā)生變形最為強(qiáng)烈的部分，所以將其網(wǎng)格劃分的較為精密，而凹凸模網(wǎng)格劃分得較為疏一點(diǎn)。本文所有模型的網(wǎng)格精度一致：絕對(duì)尺寸模式，最小尺寸0.2mm，尺寸比2.5。凸凹模網(wǎng)格尺寸精度：相對(duì)網(wǎng)格數(shù)目20000。

(3) 仿真參數(shù)設(shè)置。在仿真環(huán)境中，工藝參數(shù)的選擇對(duì)于板料拉深成形的質(zhì)量亦有著重大的影響，合理地選擇工藝參數(shù)對(duì)于本文的仿真有著決定性的作用。Deform前處理模塊中設(shè)定仿真參數(shù)如下：坯料材料AL-6061，凸凹模材料AISI-H-13，摩擦方式為庫(kù)倫摩擦，摩擦系數(shù)根據(jù)溫度選擇，自由散熱，沖頭速度ν=15mm/s。

(4) 分析階段。最后設(shè)置仿真運(yùn)算時(shí)間以及時(shí)間步長(zhǎng)，將模型提交求解器進(jìn)行求解。對(duì)于薄壁拉深成形的仿真分析，通?？梢岳脙蓚€(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)成形質(zhì)量，其一是充型能力，其二是充型缺陷。一般而言，在保證不產(chǎn)生充型缺陷的基礎(chǔ)上分析其充型能力[6]。

3 方案一仿真分析

設(shè)定坯料溫度分別為20℃、200℃、600℃，在同一擠壓速度下按方案一進(jìn)行擠壓成形仿真，成形件全剖視圖如圖4所示。由圖4可以看出該方式下，無(wú)論是冷成形、溫成形、半固態(tài)成形，均會(huì)產(chǎn)生較大折疊。折疊是金屬變形過(guò)程中兩股或多股金屬對(duì)流匯合而形成的一種成形缺陷，直觀的表現(xiàn)是一部分金屬壓入另一部分金屬表層之下。

三種溫度下，進(jìn)行整體和直臂折疊局部速度場(chǎng)分析，如圖5所示。速度場(chǎng)顯示，變形過(guò)程中，材料在直臂部分產(chǎn)生了嚴(yán)重的速度對(duì)流沖擊，產(chǎn)生了材料的堆積褶皺。觀察整個(gè)變形過(guò)程，折疊不是一開(kāi)始就有的，一般在成形中期開(kāi)始出現(xiàn)，在整個(gè)后半期不斷演化，時(shí)大時(shí)小，在變形末期不能消除。觀察材料的速度場(chǎng)變化過(guò)程，結(jié)合材料形狀和成形方案，分析折疊產(chǎn)生的機(jī)理如下：最先與凸模接觸的區(qū)域?yàn)槊毙卫罴牡撞?，變形伊始，即使接觸摩擦系數(shù)很小，坯料與凸模仍保持靜態(tài)接觸，當(dāng)坯料溫度較高時(shí)，坯料與凸模之間的黏著使得接觸更緊密。這一區(qū)域在凸模帶動(dòng)下迅速朝下移動(dòng)，來(lái)不及完成材料轉(zhuǎn)移，幾乎保持原始厚度隨凸模一起下移。隨著變形的繼續(xù)，材料利用自身的塑形變形抵抗破壞，沖頭前方的材料受到塑性牽扯下移速度逐漸放慢開(kāi)始沿筒壁朝上移動(dòng)，直臂上方材料此時(shí)正沿著沖頭的方向朝下流動(dòng)，故在直臂某個(gè)位置兩股速度迎面撞擊，朝上轉(zhuǎn)移的材料和朝下轉(zhuǎn)移的材料不斷匯合，折疊處持續(xù)發(fā)展變化，直到變形結(jié)束，直臂部分產(chǎn)生的折疊一般不能消除。折疊不僅減少了零件的有效承載面積，而且往往也是應(yīng)力集中、應(yīng)變集中、破壞指數(shù)較高的疲勞源。折疊現(xiàn)象是加工方案、摩擦系數(shù)、材料本身的塑性綜合作用的結(jié)果。由于本方案中的摩擦系數(shù)已經(jīng)很小，且材料塑性也已既定，可從成形工藝上尋求解決辦法。頂部沖壓成形方式易形成直臂折疊斷裂缺陷，擬采用方案二坯料底部擠壓成形的研究，并與方案一進(jìn)行成形質(zhì)量對(duì)比。

(a)整體成形過(guò)程(b)20℃成形截面(c)200℃成形截面(d)600℃成形截面圖4 折疊現(xiàn)象

(a)20℃沖壓成形速度分布(b)200℃沖壓成形速度分布(c)600℃沖壓成形速度分布圖5 速度場(chǎng)分布

4 方案二仿真分析

4.1 成形質(zhì)量分析

設(shè)定坯料溫度分別為20℃、200℃、600℃，按方案二完成擠壓成形。圖6為三種溫度下成形斷面對(duì)比，三種溫度下成形斷面基本一致，均獲得了完整的軸向橫斷面，無(wú)折疊現(xiàn)象產(chǎn)生，直臂部分直線度高、無(wú)折疊現(xiàn)象，與方案一對(duì)比，成形質(zhì)量?jī)?yōu)良。圖7三種溫度下的直臂局部充型速度場(chǎng)對(duì)比，速度場(chǎng)顯示：各質(zhì)點(diǎn)流速相等，流向一致性高，流動(dòng)阻力減小，充型能力增強(qiáng)。故方案二的成形方式適合目標(biāo)零件，工藝改造成功。下面就成形工藝不變的前提下，探尋冷成形、溫成形、半固態(tài)成形之間的微觀差別，比較成形優(yōu)劣。

(a)整體成形過(guò)程(b)20℃成形截面(c)200℃成形截面(d)600℃成形截面圖6 成形對(duì)比

(a)20℃擠壓成形速度分布(b)200℃擠壓成形速度分布(c)600℃擠壓成形速度分布圖7 三種溫度下速度場(chǎng)分布對(duì)比

4.2 應(yīng)力水平比較

分別對(duì)20℃、200℃、600℃三種溫度下的9個(gè)點(diǎn)進(jìn)行等效應(yīng)力水平追蹤，追蹤結(jié)果如圖8所示。

20℃時(shí)，如圖8(b)所示，坯料“一”字型單向壓縮階段，點(diǎn)1到點(diǎn)9的應(yīng)力隨時(shí)間呈比例遞增，比例系數(shù)一致性好，是等效彈性壓縮階段，彈性極限約為330Mpa。超過(guò)材料的彈性極限后，材料開(kāi)始沿直臂上行，點(diǎn)1到點(diǎn)9的應(yīng)力開(kāi)始進(jìn)入緩慢曲線增長(zhǎng)階段，直到變形結(jié)束。變形結(jié)束后，帽沿處點(diǎn)1、2、3、4殘余應(yīng)力比較大，約330Mpa左右，直臂上的點(diǎn)5殘余應(yīng)力最小，為240Mpa，底部各點(diǎn)殘余應(yīng)力大概370Mpa上下。冷成形時(shí)，成形件殘余應(yīng)力非常嚴(yán)重，其中帽沿處最嚴(yán)重，底部其次，直臂處最小。殘余應(yīng)力大，壁厚小，沖壓后的變形會(huì)比較大，尺寸精度低，如果有缺口，零件的缺口效應(yīng)會(huì)比較明顯。

200℃時(shí)，如圖8(c)所示，在固定體積空間內(nèi)對(duì)坯料施壓，9個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力呈比例直線上升，各點(diǎn)斜率略有差異，越靠近外沿，斜率越大，反之越小。當(dāng)點(diǎn)1越過(guò)轉(zhuǎn)彎半徑時(shí)應(yīng)力水平陡然下降，從147Mpa下降到97.9Mpa，降幅達(dá)33.4%，進(jìn)入到直臂空間后，這部分材料可以自由延伸，故壓力釋放比較劇烈。點(diǎn)2、點(diǎn)3、點(diǎn)4、點(diǎn)5均表現(xiàn)出與點(diǎn)1類(lèi)似的轉(zhuǎn)彎應(yīng)力急劇降低的轉(zhuǎn)彎效應(yīng)?？拷驳椎狞c(diǎn)7、點(diǎn)8、點(diǎn)9的應(yīng)力呈小斜率上升，波動(dòng)不大。沖頭達(dá)到行程末了時(shí)，材料的變形空間再次被限制，各點(diǎn)的應(yīng)力水平再次上升。帽沿和筒底的殘余等效應(yīng)力均在150Mpa左右，直臂處點(diǎn)5的應(yīng)力最小，約為87.3Mpa。相比較20℃冷成形，200℃溫鍛成形的殘余應(yīng)力降低了一半以上。

600℃時(shí)，如圖8(d)所示，先經(jīng)歷等體積單向壓縮階段，各點(diǎn)應(yīng)力呈直線上升，這一階段時(shí)間非常短暫，各點(diǎn)應(yīng)力水平差別不大，平均等效彈性應(yīng)力約為22.6Mpa。點(diǎn)1到點(diǎn)5依次越過(guò)轉(zhuǎn)彎半徑，進(jìn)入自由延伸階段，轉(zhuǎn)彎后應(yīng)力水平緩慢下降，轉(zhuǎn)彎效應(yīng)明顯。筒底處各點(diǎn)應(yīng)力保持緩慢上升，變形末尾，延伸空間受限后，所有觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)力水平再次上升。變形結(jié)束，帽沿和筒底各觀測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力在45.2Mpa～52.5Mpa之間，直臂觀測(cè)點(diǎn)5的應(yīng)力最小，為25.4Mpa，半固態(tài)擠壓成形的整體殘余應(yīng)力很小，約為冷成形的1/8，溫成形的1/3。 600℃時(shí)，AL-6061呈半固態(tài)，同時(shí)具有固態(tài)金屬和液態(tài)金屬的特點(diǎn)，工藝特性橫跨“液態(tài)—半固態(tài)—固態(tài)”成形，半固態(tài)金屬可以“隨力流動(dòng)，隨力變形”，只是存在樣態(tài)發(fā)生改變，而不會(huì)產(chǎn)生很大內(nèi)應(yīng)力。同時(shí)半固態(tài)金屬內(nèi)部不斷有晶格熔化和再結(jié)晶，對(duì)結(jié)晶態(tài)的金屬施壓加壓力，有利于細(xì)化晶粒，成形質(zhì)量好，但半固態(tài)金屬收縮率大，需要合理設(shè)計(jì)體積增量，以消除收縮率誤差。且半固態(tài)成形所需工藝、裝備、模具等均屬特種專(zhuān)用設(shè)備，專(zhuān)業(yè)廠家的生產(chǎn)才具優(yōu)勢(shì)，相對(duì)成形成本較高。

可見(jiàn)材料的成形抗力跟成形溫度有很大的關(guān)系，溫度越高，成形抗力越小，越容易變形。20℃坯料的成形抗力約為350Mpa，200℃坯料成形抗力約為120Mpa，600℃坯料成形抗力約為30Mpa。

(a)9個(gè)采樣點(diǎn)位置分布(b)20℃擠壓時(shí)等效應(yīng)力水平(c)200℃擠壓時(shí)等效應(yīng)力水平(d)600℃擠壓時(shí)等效應(yīng)力水平圖8 9個(gè)采樣點(diǎn)應(yīng)力追蹤

4.3 damage損傷比較

金屬材料在發(fā)生塑性變形過(guò)程中，會(huì)伴有損傷劣化。從物理學(xué)角度，損傷可看作是由微空洞和微裂紋的形成和發(fā)展，最后成為宏觀裂紋；從力學(xué)觀點(diǎn)，損傷可以看作是影響材料強(qiáng)度的狀態(tài)變量，反應(yīng)了材料在有效應(yīng)力下的變形強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度。damage無(wú)量綱，代表了一種可能性，數(shù)值越高，發(fā)生斷裂、縮孔等破壞的可能性就越大。成形過(guò)程缺陷部位預(yù)測(cè)，可通過(guò)damage指數(shù)完成定性比較，damage指數(shù)一般0～1之間為佳[7]。

分別對(duì)20℃、200℃、600℃三種溫度下的9個(gè)點(diǎn)進(jìn)行破壞指數(shù)追蹤，追蹤結(jié)果如圖9所示。結(jié)果顯示：

①三種溫度下，damage指數(shù)變化規(guī)律基本一致，即前期damage指數(shù)增幅緩慢，后期damage指數(shù)增幅增大，最后階段damage指數(shù)急劇上升；

②damage指數(shù)橫向比較：1點(diǎn)破壞指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他觀測(cè)點(diǎn)，2點(diǎn)其次，可以預(yù)判該成形方案帽沿處破壞可能性最高；

③damage指數(shù)縱向比較：20℃成形時(shí)最高破壞指數(shù)為1.04，200℃成形時(shí)最高破壞指數(shù)為0.73，600℃成形時(shí)最高破壞指數(shù)為0.584，damage指數(shù)均較好，其中又以600℃破壞指數(shù)最小，20℃破壞指數(shù)最大。

(a)9個(gè)采樣點(diǎn)位置分布(b)20℃擠壓時(shí)damage指數(shù)(c)200℃擠壓時(shí)damage指數(shù)(d)600℃擠壓時(shí)damage指數(shù)圖9 9個(gè)采樣點(diǎn)Damage指數(shù)追蹤

4.4 速度場(chǎng)比較

速度場(chǎng)比較可以觀察材料流動(dòng)方向，對(duì)薄壁件擠壓成形，最大問(wèn)題是成形精度問(wèn)題，邊角通常是成形死點(diǎn)，本次目標(biāo)件的成形死點(diǎn)在帽沿邊界。如圖10所示,20℃時(shí)，邊界出現(xiàn)明顯的充型不足現(xiàn)象，帽沿呈大圓角，質(zhì)點(diǎn)系三維方向速度比較雜亂，YZ平面方向質(zhì)點(diǎn)系沿Y方向流動(dòng)而非圓角方向，即使繼續(xù)增加坯料體積，材料只會(huì)繼續(xù)朝邊界方向匯集，容易在邊界處形成飛邊，最高速度2260mm/s，速度差很大，存在強(qiáng)烈的質(zhì)點(diǎn)速度沖擊，成形質(zhì)量不佳。200℃時(shí)，質(zhì)點(diǎn)系三維方向均有速度，俯視和正視都能看到速度分量，YZ平面方向質(zhì)點(diǎn)系主要向邊角匯集，直角率較高，但最高速度1140mm/s，速度差大，內(nèi)部也存在較嚴(yán)重速度沖擊，成形質(zhì)量較高。600℃時(shí)，YZ平面方向幾乎看不到質(zhì)點(diǎn)速度線，質(zhì)點(diǎn)系速度一致性非常高，質(zhì)點(diǎn)系速度一致性越高，流動(dòng)阻力越小，填充能力越強(qiáng)，成形直角率很高，最高速度670mm/s，速度差大大降低，成形質(zhì)量高。

5 結(jié)論

本文主要研究以目標(biāo)件成形精度為驅(qū)動(dòng)，用DEFORM-3D模塊進(jìn)行仿真，對(duì)比2mm厚AL-6061帽形件兩種成形方案，方案一采取沖壓方式，結(jié)果顯示20℃、200℃、600℃三種溫度下由于材料轉(zhuǎn)移不同步，筒壁部位產(chǎn)生了下移和上移兩股速度，速度對(duì)流造成了一部分材料鉆到另一部分之下，產(chǎn)生了材料褶皺，成形效果極差。方案二采取底部擠壓方式，結(jié)果顯示三種溫度下成形過(guò)程流暢，速度一致性很高，無(wú)皺褶現(xiàn)象，擠壓件質(zhì)量很高?？梢缘贸瞿繕?biāo)件適合擠壓成形，不適合沖壓成形。對(duì)于擠壓成形，改變溫度條件，探尋最適應(yīng)的成形溫度，通過(guò)點(diǎn)追蹤分析了三種溫度下等效應(yīng)力和damage指數(shù)的變卦規(guī)律、產(chǎn)生原因、后續(xù)影響，600℃半固態(tài)擠壓件在應(yīng)力水平、damage指數(shù)、速度場(chǎng)分布三個(gè)方面的綜合水平遠(yuǎn)超20℃冷擠壓成形。通過(guò)速度場(chǎng)分析對(duì)比了三種溫度下的材料的充型能力的差別，600℃半固態(tài)成形件的直角率最好，充型最強(qiáng)。2mm厚帽形6061鋁合金薄壁件適合擠壓成形，成形質(zhì)量與溫度呈正相關(guān)。