CN103512802A

CN103512802A - 一种测定薄钢板成形极限图中平面应变点的试验方法

Info

Publication number: CN103512802A
Application number: CN201310441394.XA
Authority: CN
Inventors: 王德宝; 王越; 徐雁; 蒋进
Original assignee: Magang Group Holding Co Ltd; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Magang Group Holding Co Ltd; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2014-01-15

Abstract

一种测定薄钢板成形极限图中平面应变点的试验方法，属于金属板材成形性能检测技术领域，为了解决现有的确定薄钢板成形极限图中平面应变点的方法过程复杂，成本高，误差大的问题，本发明的实验方法将薄钢板制备成矩形试验试样；然后使用有机溶剂将试样表面清洗干净，采用电腐蚀法在试样表面印制网格；然后在材料拉伸试验机上进行拉伸试验；最后在试样出现紧缩或破裂时停止拉伸试验，计算紧缩区域的应变ε₁或e₁。该方法步骤简单，而且准确性高。

Description

一种测定薄钢板成形极限图中平面应变点的试验方法

技术领域

本发明涉及采用一种简便快速的实验方法测定薄钢板成形极限图中平面应变点，属于金属板材成形性能检测技术领域。

背景技术

成形极限图是判断和评定板材成形性的最为简便和直观的手段,反映了板材冲压的实际成形能力，同时也是对冲压工艺成败的一种判具。相对于板材的基本成形性能指标,成形极限图可以综合反映和评价板材极限变形能力和成形性能的优劣，它对合理选材、优化冲压工艺有着重要的意义。

目前，成形极限曲线得到了各国薄钢板生产与成形加工界，特别是汽车工业的广泛重视和应用，许多国家建立了成形极限曲线的标准试验方法，作为评定薄钢板成形性能的一种手段。目前薄钢板成形极限图的建立方法有理论模拟计算方法和实际试验方法。

（1）试验方法建立成形极限图

现有制作FLD的试验方法主要为半球形凸模胀形法或圆柱形凸模胀形法。运用网格分析技术得到成形极限图，目前已有相应的国标规定试验方法和步骤。但现有的试验方法由于要选择不同规格的试样和多种润滑条件进行试验，虽然可以保证精度，但存在工作量大、费时多、成本高，需要专门试验设备等缺点。

(2)理论计算

采用不同的屈服准则和本构关系，基于不同拉伸失稳准则可得到多种计算FLD模型，如Hill-Swift模型、Michigan模型、NADDRG模型和陈光南模型等。根据以上模型计算得出板材FLD具有低成本、快捷等优点，但都与板材实际FLD相比，存在一定偏差，精度不高等缺点。

发明内容

为了克服了常规试验工作量大，成本过高等缺点，又避免了理论模型计算与实际值存在较大偏差问题，本发明通过计算FLD0就来大致确定整个成形极限图，提出一种新的实验方法通过宽板单向拉伸试验以确定薄钢板的FLD₀。

本发明通过多次试验和参照国内外文献发现,对板材来说，其成形极限图的形状基本一致，曲线的高低决定于板料平面应变点（FLD₀）的高低，从平面应变点向左侧引一条倾角为45°的直线；右侧分两段区域，一段为从平面应变点向右侧引一条斜率为0.5的直线，延伸到应变为23%处，第二段从应变为23%处开始，斜率变为0.15的直线,这样就构成了一条理论的FLD曲线，因此确定FLD₀就可以大致确定整个成形极限图，提供一种确定薄钢板成形极限图中平面应变点（FLD₀）新的实验方法。

一种测定薄钢板成形极限图中平面应变点的试验方法，所述的薄钢板由材料拉伸试验机拉伸，所述材料拉伸试验机包括结构相同的第一夹具和第二夹具，第一夹具和第二夹具有夹头，该方法包括以下步骤：

步骤1、将薄钢板制备成矩形试验试样；

步骤2、使用有机溶剂将试样表面清洗干净，采用电腐蚀法在试样表面印制网格；

步骤3、试验试样通过材料拉伸试验机夹具上的夹头加紧，在材料拉伸试验机上进行拉伸试验；

步骤4、在试样出现紧缩或破裂时停止拉伸试验，计算出紧缩区域的应变ε₁或e₁，得到平面应变点FLD₀。

所述的步骤4通过公式

或

计算应变ε₁或e₁。

所述试验试样尺寸长为100mm～120mm，宽为60mm～80mm。

所述有机溶剂为无水乙醇，所述印制的网格为方格或圆形。

所述拉伸实验采用宽板单向拉伸方式。

所述两夹头之间的拉伸变形区为20mm～30mm。

本发明的优点是：与目前通行的国标试验方法确定薄板FLD₀相比，本发明可以快速确定薄钢板的FLD₀，大幅度减少实验工作量，降低成本，同时具有比理论模型计算精度高的优点，尤其适合于企业确定板材的冲压成形性能，做到合理选材。

附图说明

图1单向拉伸试验示意图；

图中，1、第一夹具，2、第二夹具，3、夹头，4、试验试样。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式所涉及的发明方法、各步骤的作用及工作原理、工作流程等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

基础的成形极限图实验的计算理论：将一侧表面制有网格的试样置于凹模与压边圈之间，压紧拉深筋以外的材料，试样中部在外力作用下产生变形，其表面上的网格圆发生变形，当某个局部产生缩颈或破裂时，停止试验，测量缩颈区或破裂区附近的网格圆长轴和短轴尺寸，计算板料允许的局部表面极限主应变量（e₁、e₂）或（ε₁、ε₂）。其中，d₀为网格圆的原始直径，d₁为临界网格圆长轴直径，d₂为临界网格圆短轴直径。

\begin{matrix} e_{1} = \frac{d_{1} - d_{0}}{d_{0}} \times 100 % \\ e_{2} = \frac{d_{2} - d_{0}}{d_{0}} \times 100 % \end{matrix}\}

\begin{matrix} ϵ_{1} = 1 n \frac{d_{1}}{d_{0}} = 1 n (1 + e_{1}) \\ ϵ_{2} = 1 n \frac{d_{2}}{d_{0}} = 1 n (1 + e_{2}) \end{matrix}\}

根据以上理论，本发明提出一种测定薄钢板成形极限图中平面应变点的试验方法，采用材料拉伸试验机如图1所示，试验机包括规格相同的第一夹具和第二夹具，第一夹具和第二夹具有夹头，用于夹持试验试样，其实验步骤如下：

1）将薄钢板制备成矩形试验试样，试样尺寸为(120mm～100mm)﹡(80mm～60mm)，具体尺寸依据试样材料种类和拉力试验机夹具规格而定

2)使用有机溶剂将试样表面清洗干净，去除表面的污染物和锈斑。然后采用电腐蚀法在试样一面印制网格，网格可以是正方形或圆形，尺寸以方便后续应变分析为佳。

3）在材料拉伸试验机上进行拉伸试验，上下夹头之间的拉伸变形区约为20mm～30mm。

4）试样在拉伸时，在两个宽度边缘无材料限制，试样受单向拉伸应力的作用，处于单向拉伸应力状态，变形方式属于拉深。试样中心区域由于受到材料的限制，其长度方向变形受到限制，仅可以在宽度方向（即拉伸受力方向）进行变形，所以ε₂（或e₂）趋于0，此处变形基本处于平面应变状态，在试样出现紧缩或破裂时停止拉伸试验，计算紧缩区域的应变ε₁（或e₁），（0，e₁）或（0，ε₁）即为该薄板的平面应变点FLD₀，通过

和

计算出值。

下面通过实施例和对比例进一步说明本发明。试验材料为IF钢，牌号DC04，厚度为0.8mm。成分按重量百分比C0.003%，Si0.001%，Mn0.26%，P0.015%，Ti0.052%，力学性能为R_p0.2150MPa，R_m296MPa，A₈₀47.7%，n0.25，r2.06。

首先将薄钢板剪切成100mm×60mm长条形式样，采用无水乙醇对式样表面进行清洗，然后使用电腐蚀方法在式样表面印制网格，网格为直径d₀为2.0mm的圆网格。

采用万能材料拉伸试验机进行单向拉伸试验。在中心区域出现颈缩或即将破裂时停止试验，此时试样上的圆网格变为椭圆，椭圆长轴直径为d₁，短轴为d₀,计算紧缩区域的应变e₁，坐标值（0，e₁）即为该材料的平面应变点FLD₀。

e_{1} = \frac{d_{1} - d_{0}}{d_{0}} \times 100 %

采用本发明最终得出DC04的FLD₀为（0，45.5）

对比例1对同样材料按照国家标准GB/T12004-2009对FLD₀进行确定，试验结果FLD₀的坐标值为（0，47.0）。

对比例2采用理论模型对相同材料的FLD₀进行理论计算，计算公式为下式，其中t为板材厚度，n为加工硬化指数。

F {LD}_{0} = (23.3 + \frac{360 t}{25.4}) \frac{n}{0.21}

计算结果FLD₀为（0，41.2）。

本发明采用的方法比按照传统国标规定的方法简便、工作量小，同时较理论模型计算精度高。

Claims

1.一种测定薄钢板成形极限图中平面应变点的试验方法，所述的薄钢板由材料拉伸试验机拉伸，所述材料拉伸试验机包括结构相同的第一夹具和第二夹具，第一夹具和第二夹设有夹头，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、将薄钢板制备成矩形试验试样；

步骤2、使用有机溶剂将试验试样表面清洗干净，采用电腐蚀法在试样表面印制网格；

2.根据权利要求1所述的测定薄钢板成形极限图中平面应变点的试验方法，所述的步骤4通过公式

或计算应变ε₁或e₁。

3.根据权利要求1所述的测定薄钢板成形极限图中平面应变点的试验方法，其特征在于：所述试验试样尺寸长为100mm～120mm，宽为60mm～80mm。

4.根据权利要求1所述的测定薄钢板成形极限图中平面应变点的试验方法，其特征在于：所述有机溶剂为无水乙醇。

5.根据权利要求1所述的测定薄钢板成形极限图中平面应变点的试验方法，其特征在于：所述印制的网格为方格或圆形。

6.根据权利要求1所述的测定薄钢板成形极限图中平面应变点的试验方法，其特征在于：所述拉伸实验采用宽板单向拉伸方式。

7.根据权利要求1所述的测定薄钢板成形极限图中平面应变点的试验方法，其特征在于：所述两夹头之间的拉伸变形区为20mm～30mm。