与传统板料成形技术不同的是,渐进成形是利用工具头逐层、逐点地对板料施加作用,从而加工出目标零件,具有很大的柔性。常规室温渐进成形技术需要非常大的成形力,热渐进成形技术可以减小成形力和提高成形的几何精度,其分为整体热渐进成形和局部热渐进成形两种方式。非晶合金由于其成形后需要及时降温以防止晶化,故更适合使用局部热渐进成形方法进行成形。在渐进成形过程中非晶合金板料的变形可视为局部范围内的高应变速率拉伸变形,并且在变形区域内温度梯度大,目前很少有学者进行非晶合金在过冷液相区内高应变速率、大温度梯度拉伸流变行为的研究。
基于以上非晶合金渐进成形问题,来自华中科技大学的龚攀等研究了非晶合金在过冷液相区内具有较大温度梯度的高温流变行为,并利用数值模拟和理论计算的方法对电辅助热渐进成形过程中的工艺参数进行研究。相关研究效果于2024年7月在《锻压技术》上发表。
研究人员研究了Zr35Ti30Be27.5Cu7.5非晶合金在温度为618~648K、应变速率为0.05~0.5s-1条件下的流变行为,并对高温拉伸实验得到的真实应力-真实应变曲线颈缩阶段部分进行修正,进而得到真实变形情况下的真实应力-真实应变曲线（图1）。并对现有本构模型的稳态流动应力阶段进行简化修正,建立了可应用于非晶合金高温高应变速率拉伸条件的简化后Maxwell-Pulse本构模型,应用于模拟仿真中。通过正交实验方法设计了9组对比模拟实验研究了温度、进给速率和进给量3种因素对Zr35Ti30Be27.5Cu7.5非晶合金渐进成形性能的影响（图2-4）。结果表明：在过冷液相区内的9组模拟实验中,非晶合金最大成形角均能达到90°,随着温度的增加,等效应力和变形所需成形力降低,整体应力分布更加均匀,最小壁厚增大;随着进给量的提高,等效应力和变形所需成形力呈逐渐增大的趋势,最小壁厚随进给量的增大而减小;随着进给速率的增加,等效应力和变形所需成形力也呈逐渐增大的趋势,同时最小壁厚随进给速率的增大而减小。基于材料变形过程建立的渐进成形力分析预测模型,从材料变形的角度对成形力进行了理论计算,该模型相比于常规的成形力经验公式计算方法,额外考虑了局部接触行为、整体弯曲行为、材料变形模式和接触条件的影响。通过对比模拟仿真的成形力曲线和理论计算的成形力曲线发现,该理论计算方法模型具有极好的预测准确性,为渐进成形设备和成形工具的设计提供了理论依据,并能根据成形力的大小选择合适的成形工艺和参数以提高成形效率。
