激光塑性成型技术应用

随着科学技术的发展，塑性成形技术越来越呈现出技术融合的趋势。一方面，塑性成形技术的进步需要从相关学科的发展中吸取自身发展的动力，如在塑性变形机理的研究中要利用材料科学和力学的进步来深化对于塑性成形中材料组织性能演化规律的认识，以便更好地解释和预测热成形过程中回复、再结晶以及流动应力的变化，塑性成形中的织构演化和塑性各向异性、损伤的演化和破裂准则；在塑性成形工艺优化中，需要利用计算数学和计算力学中的新方法等等。另一方面，科学技术的发展也为塑性成形技术不断开辟新的应用领域，如微制造中用塑性成形工艺部分地取代起源于集成电路制造工艺的光刻、腐蚀等技术，可以降低成本、减少环境污染。这种技术融合的趋势对于从事塑性成形理论研究和技术开发的科技人员提出了新的要求和挑战。下面就我个人所关心的某些相关问题作一些探讨，希望与各位专家共同切磋，并有机会开展合作。

经过几十年的发展，塑性成形模拟技术已经进入普及应用的阶段。利用模拟技术已经能够解决十分复杂的工程问题，为企业带来了巨大的经济效益。国外一些大公司已经将成形模拟作为模具设计、制造流程中必经的一个环节。模拟技术在我国也逐步得到推广，国外开发的冲压成形模拟软件Dynaform、AutoForm，体积成形模拟软件DEFORM等在我国已拥有大量用户，我国自行研发的模拟软件、如FASTAMP等也已得到推广应用。以前，模具调试和锻压生产中出现缺陷时，只能采用工艺试验和试凑法摸索解决方案；而现在，人们首先会借助于数值模拟技术探索改进方案，然后再通过实验进行验证，这就大大地节省了人力、物力和时间的消耗。

然而，现有的塑性成形模拟技术还远远不能满足研究和生产所提出的实际要求。现有的商业软件对一般成形过程中的应变和应力分布已经能给出比较精确的结果，但是对于预测工件在成形过程中的组织性能变化则无能为力。这直接影响到模拟技术的应用效果。塑性成形中材料的组织性能变化涉及晶粒度、织构和损伤等的演化。在宏观模型中，这些组织性能参数一般是采用材料本构方程中的内变量来描述的，其规律十分复杂。而现有的演化模型一般都是针对具体材料和/或具体成形工艺的，缺乏普适性。

在织构演化模拟中，原来普遍采用完全的Taylor模型，即令多晶体中各晶粒的变形梯

度等于宏观变形梯度，约束过强，影响了模拟的准确性。为了克服这一缺点，Van Houtte等[1]针对轧制过程的变形特点提出了LAMEL和ALAMEL模型。他们在各晶粒中引入独立于宏观变形梯度、而且在相邻晶粒中能够互相抵消的局部的横向剪切变形，同时还引入了与之相应的应力平衡条件，在模型中考虑了原始织构和晶粒形状的影响，以较小的代价使轧制过程织构演化的模拟精度得到明显的改善。当然，如果要将以上思想应用于其他成形工艺的分析，就需要根据变形特点引入另外的假设。

塑性成形中金属一般发生延性断裂。延性断裂的过程一般经过如下阶段：首先由于塑性变形在晶界、第二相颗粒与基体的界面等位置产生微孔洞的形核，微孔洞在应力和/或塑性应变的驱动下长大，最后发生微孔洞的聚合而形成宏观裂纹。由于对这个过程的认识还不够深入和全面，因此在采用计算模拟方法预测塑性成形中的破裂现象时，一般是采用基于塑性变形能量密度、最大拉伸应力和主应变等计算结果的经验性准则。这类准则没有考虑实际的