● 摘要
板材热介质成形是在充液成形的基础上充分发挥温度影响的一种新型成形技术。该技术集合了热成形和充液成形两种工艺的优势于一体，更大限度地发挥材料的成形性能，尤其适用于室温塑性差的轻质合金材料，近年来受到了日益广泛的关注。成形极限图是金属板料塑性成形中判断成形成功与否的一个重要判据。而对于板材热介质成形极限的研究，诸多科学问题未解决，使得该研究仍处于初始发展阶段。因此，深入研究板材热介质成形极限、有效的解决热介质成形机理对于推广此项技术以及提升我国制造业水平有重要意义。本文首先通过AA7075-O铝合金在25 ~300 范围内和不同应变速率下的热单拉实验数据，分析研究了其温热塑形变形行为。并对实验数据拟合计算，建立与应变速率和温度相关的本构方程，通过子程序WKLSP导入有限元软件MSC.Marc中。基于Allwood提出的厚度法向应力协调条件，结合拟合的热本构方程，修正了M-K模型，以用于研究三维应力状态板材的成形性，预测热介质成形极限。考虑到实际变形状态的复杂性，凹槽与第一主应力方向的夹角 从 到 变化，极限应变取不同方向下的最小值，并引入应力张量 来解释一点的应力状态，最终运用Newton-Raphson迭代来提高成形极限预测的稳定性和精确度。基于热介质胀形和拉深的有限元数值模拟，研究了温度、液室压力及压边力等工艺参数对试验的影响，并开发了YRJ-50热介质成形试验机，设计相应的热介质成形工艺实验，并根据实验结果对比分析了有限元模拟过程。以测量试验试件表面的网格变化得到热介质成形在不同温度和厚度法向应力变化下的极限应变，通过实验数据与理论预测的热介质成形极限对比验证理论预测的准确度和可靠性。研究了相关参数如厚度法向应力 、温度 、初始厚度不均度 、 值和 值对板材热成形极限的影响。基于上述研究内容，本文成功的在热介质成形技术基础上，充分考虑流体压力诱导的厚度法向应力和温度的影响，通过修正的M-K模型，预测了基于三维应力状态的热介质成形极限，并依据实验数据进行了验证。