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板材柔性介质加压成形技术的研究现状 　　摘要：柔性介质成形是指利用如液?B的水或油、粘性的高分子聚合物及固态颗粒等作为传力介质使板材加工成形的制造方法。与传统工艺相比，板料柔性成形技术的工艺灵活度较高，兼具能保证质量、降低成本和缩短工序等优点，成为低塑性、难成形板材提高成形极限的有效途径之一。综述了液压成形、粘性介质成形和固体颗粒介质压力成形等代表性板材柔性介质成形方法近年来国内外的研究及发展现状，为航空航天、汽车制造等领域多品种、大批量、复杂形状零件的加工成形提供了技术指导。 　　关键词：板材；介质；加压成形；柔性成形；成形极限 　　DOI：10.15938/j.jhust.2016.05.002 　　中图分类号：TG306 文献标志码：A 文章编号：1007-2683（2016）05-0007-06 　　0引言 　　随着航空航天、汽车制造等领域的飞速发展，对零部件在轻量化、高精度、低消耗等方面的要求也随之提高，板材液压成形、粘性介质成形及固体颗粒介质压力成形等板材柔性介质加压成形工艺正是顺应这种需求而逐渐发展起来的。该方法不仅适于多品种、大批量、复杂形状零件的成形，也解决了一些低塑性金属材料成形性能差等难题。 　　1流体介质加压成形的研究现状 　　1.1液压成形 　　板材液压成形即将传统冲压成形中的刚性凸模或凹模用传力介质（水、油或其他介质）来代替，从而实现传递载荷使金属板件成形的目的，如图1所示。按照液压取代形式与工艺方式的差异，可分为充液拉深和液压胀形法。 　　随着近年来高压密封和控制等关键技术的突破，同时各国学者投入了大量精力对其进行研究，充分发挥了充液拉深技术柔性化的加工优势，促生了多种新工艺的出现，包括超声波充液拉深、差温充液拉深或热态液压成形、周向加压充液反拉深、可控径向加压充液拉深、橡皮囊液压充液拉深（如图2所示）等。 　　板材充液拉深技术最早出现在1890年，真正开始研究是在二战以后，早期主要集中在德国和日本。其中，日本学者于1955年开始这项研究，春日保男等最先提出了在凹模中充以液体介质的拉深工艺。20世纪70年代中期以后，中村及中川等进行了筒形件和方盒件的充液拉深实验，提出了成形过程中的五种失效形式和解决措施，还研究了锥形件充液拉深中反胀是防止起皱的关键所在。 　　日本学者片罔征二提出了超声波充液拉深法，即对充液拉深中的凸模、凹模进行高频率的振动，该工艺可对法兰区的板材补料进行充分润滑，降低法兰区的摩擦阻力。该学者以板材铝合金A5052为试验件，通过改变润滑剂为实验参数进行工艺研究，结果表明在润滑剂粘度较低的条件下，得到的实验结果也可以满足要求。 　　中村和彦等通过温度差方法将板材变形区的变形抗力降低，即差温充液拉深工艺，该工艺进一步提高了传力区坯料的变形能力，从而提高材料的成形性能。但该工艺由于自身特点，受介质耐热温度所限，适用于铝合金与镁合金等温热拉深成形。 　　Halkaci等通过改进实验装置提高板材的拉深极限，研究得出在法兰处施加的浅拉深筋可以增加板材在法兰处的应变硬化，利用该方法使AA5754-O拉伸极限比从2.65提高到2.78，经方差分析研究表明，增加浅拉深筋法比其他因素的调整更加有效。 　　国内学者将充液拉深与预胀技术进行了较好的结合，对具有复杂形状的铝合金件进行了预胀研究，通过数值模拟确定了合理加载路径，分析了板材壁厚分布、所受应力变化以及起皱缺陷等各个参数，研究结果表明，选择合理的预胀压力可以有效减缓板材起皱状况，板材的变形均匀性与成形极限都显著增强。 　　Singh等通过有限元软件LS-DYNA与实验相结合的方法，对模拟结果进行了充分验证，在3150 KN液压机上成功制出杯形件，且拉深极限值与数值模拟结果吻合较好。Sato等将充液拉深技术引进微成形中，设计了简单可靠的实验装置，在双动压力机上可实现高精度尺寸控制，成形过程中不需要定位及压力控制，最后成功研制出直径为0.8 mm的微型杯形件。 　　后来，诸多国外学者对液压成形技术的改进与提升做了大量研究工作，如Abdolhamid Gorji、Farzad Rahmani与Bagherzadeha等都对液压成形的各个细节进行了修整与应用，使液压成形技术的应用领域更加广泛与贴合实际。 　　目前，日本已有超过300余种工件是通过充液拉深成形获得的，材料包括软钢、铝合金、钛合金和不锈钢板，板厚从0.2 mm到3.2 mm。针对聚四氟乙烯覆盖的高强钢板和软钢板的研究已有展开，应用领域大多数为轻量化设备，飞行器和汽车零件。除此以外，其他国家研究了如纯铜和黄铜等成形。 　　国内学者对充液拉深的研究也突飞猛进，哈工大康达昌教授堪称一面旗帜，在原来技术的基础上提出了充液变薄拉深新工艺，该工艺基于数值模拟与实验研究