CN111595697B - 一种用于评判冲压时材料抗剪切成形能力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于评判冲压时材料抗剪切成形能力的方法，属于测试及评判金属材料剪切断裂的方法技术领域。本发明的技术方案是：包含试样的加工制作、板料的剪切试验、试验数据的处理及剪切能量的计算、零件的成形仿真、导出受剪切力位置的应力应变曲线及计算剪切能量和将零件的剪切能与剪切试验的剪切势能进行对比，判断零件能否抵抗剪切变形而不出现开裂等步骤。本发明提供一种用于评判冲压时材料抗剪切成形能力的方法，从而不断提高了成形仿真的精确度，具有操作简单、成本低、效率高等优点。

Description

一种用于评判冲压时材料抗剪切成形能力的方法
技术领域
本发明涉及一种用于评判冲压时材料抗剪切成形能力的方法，属于测试及评判金属材料剪切断裂的方法技术领域。
背景技术
汽车行业的高速发展对汽车零部件高效、低成本的生产提出了越来越高的要求。汽车零部件在冲压成形过程中，很多位置不仅仅是一种单纯的单向拉伸、平面应变或者双向拉伸的的成形过程，而是要经过从单向拉伸到双向拉伸、从平面应变到双拉伸或者从双向拉伸到双向拉伸，同时还伴随着剪切应变的复杂成形过程。目前，常用的有限元成形仿真软件可以很精准地利用材料成形极限图FLC来判断材料在胀形、拉延等拉伸工况下的安全裕度，却不能直接有效地评判材料在成形时受到剪切力时安全与否的状态。
发明内容
本发明目的是提供一种用于评判冲压时材料抗剪切成形能力的方法，利用实验数据与有限元仿真有机结合的方法，提供一种用于评判冲压时材料抗剪切成形能力的方法，从而不断提高了成形仿真的精确度，具有操作简单、成本低、效率高等优点，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种用于评判冲压时材料抗剪切成形能力的方法，包含以下步骤：
A、制作受剪切力而发生断裂的试样，在加工等方面保证其精度，采用特定的式样形状，能够在拉伸试验机上实现剪切试验，同时保证在平行段内材料受到均匀的剪切力，以确保得到准确的、真实的剪切应力-应变数据；
B、在试验机上进行材料的剪切断裂试验，得到材料受剪切力而发生断裂情况下的应力-应变曲线；
C、使用材料成形仿真软件，如dynaform软件，计算整个零件的成形过程，找出受剪切应力的区域，在零件受剪切力的位置处提取该位置在整个成形变形过程中的应力-应变曲线；
D、分别计算两个曲线的面积，对材料的应力-应变曲线求积分，其面积值为剪切势能；
E、利用试验得到的材料抗剪切势能值为该材料所能承受的最大抗剪切势能，将利用仿真计算获得的材料所受的剪切势能与最大抗剪切势能进行对比，如果大于最大抗剪切势能，则认为材料不能该位置承受剪切力，会发生剪切断裂；如果小于最大抗剪切势能的90%，则认为材料能够承受该位置的剪切力，成形处于安全状态，不会发生断裂；如果在最大抗剪切势能和最大抗剪切势能的90%之间，则认为材料存在剪切断裂的风险；
F、若材料不能承受抗剪切力或存在剪切断裂风险时，对之进行优化。
所述步骤A中，式样尺寸为30mm*250mm，采用线切割加工，加工完成后上研磨，以保证式样表面的粗糙度满足要求；材料为厚度为0.8mm-3.0mm的薄板。
所述步骤B中，根据式样在变形过程中载荷变化和横截面积，得到材料受剪切力而发生断裂情况下的应力-应变曲线。
所述步骤F中，优化措施包含：更换抗剪切能力更优的材料；优化材料，提高材料的抗剪切能力；修改零件的模面形状，降低材料受到的剪切力，从而保证材料能够满足该零件的抗剪切能力。
本发明的有益效果是：利用实验数据与有限元仿真有机结合的方法，提供一种用于评判冲压时材料抗剪切成形能力的方法，从而不断提高了成形仿真的精确度，具有操作简单、成本低、效率高等优点。
附图说明
图1是剪切试样的示意图；
图2是利用实验方法得到材料受剪切时的应力-应变曲线图；
图3是位置1、位置2处材料受剪切时的应力-应变曲线图；
图4是本发明的工作流程图。
具体实施方式
为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。
一种用于评判冲压时材料抗剪切成形能力的方法，包含以下步骤：
A、制作受剪切力而发生断裂的试样，在加工等方面保证其精度，采用特定的式样形状，能够在拉伸试验机上实现剪切试验，同时保证在平行段内材料受到均匀的剪切力，以确保得到准确的、真实的剪切应力-应变数据；
B、在试验机上进行材料的剪切断裂试验，得到材料受剪切力而发生断裂情况下的应力-应变曲线；
C、使用材料成形仿真软件，如dynaform软件，计算整个零件的成形过程，找出受剪切应力的区域，在零件受剪切力的位置处提取该位置在整个成形变形过程中的应力-应变曲线；
D、分别计算两个曲线的面积，对材料的应力-应变曲线求积分，其面积值为剪切势能；
E、利用试验得到的材料抗剪切势能值为该材料所能承受的最大抗剪切势能，将利用仿真计算获得的材料所受的剪切势能与最大抗剪切势能进行对比，如果大于最大抗剪切势能，则认为材料不能该位置承受剪切力，会发生剪切断裂；如果小于最大抗剪切势能的90%，则认为材料能够承受该位置的剪切力，成形处于安全状态，不会发生断裂；如果在最大抗剪切势能和最大抗剪切势能的90%之间，则认为材料存在剪切断裂的风险；
F、若材料不能承受抗剪切力或存在剪切断裂风险时，对之进行优化。
所述步骤A中，式样尺寸为30mm*250mm，采用线切割加工，加工完成后上研磨，以保证式样表面的粗糙度满足要求；材料为厚度为0.8mm-3.0mm的薄板。
所述步骤B中，根据式样在变形过程中载荷变化和横截面积，得到材料受剪切力而发生断裂情况下的应力-应变曲线。
所述步骤F中，优化措施包含：更换抗剪切能力更优的材料；优化材料，提高材料的抗剪切能力；修改零件的模面形状，降低材料受到的剪切力，从而保证材料能够满足该零件的抗剪切能力。
具体实施过程如下：
按照剪切试样的形状、尺寸加工试样，如图1 所示，将尺寸30mm*250mm 的试样在线切割实验机上进行切割，然后在研磨机上进行研磨，保证试样的表面光洁度在Ra0.4以下。
将加工好的试样安装在拉伸实验机上，然后进行剪切试样的实验。实验结果后，记录实验过程中载荷变化随时间变化的曲线，由于材料在发生缩颈之前处于均匀变形状态，厚度基本不变，利用载荷除以横截面积可以得到材料在随时间变化的应力变化趋势。根据试样的长度变化，计算材料随时间变化的应变变化规律，两个曲线叠加，从而得到材料受剪切力时的应力-应变曲线。如图2所示，对材料的剪切应力-应变曲线进行积分，得到该材料受到的剪切势能为38.4135。
利用仿真成形软件计算板料的冲压成形过程，找出受剪切应力的区域，例如分别提取位置1和位置2两处的材料应力-应变路径，得到每个位置在整个零件成形过程中的应力-应变曲线，如图3所示，对材料的应力-应变曲线求积分，其面积值为剪切势能；通过计算得到，位置1的剪切势能为39.0142，位置2的剪切势能为20.6099。
试验得到的材料抗剪切势能值38.4135为该材料所能承受的最大抗剪切势能，将利用仿真计算获得的材料所受的剪切势能与最大抗剪切势能进行对比，位置1处的材料所受的剪切势能为39.0142，大于材料所能受到的最大剪切势能38.4135，因此位置1处的材料不能承受剪切应力而发生开裂。位置2处的材料所受的剪切势能为20.6099，设施安全裕度为10%，材料处于安全状态所能承受的最大剪切势能为38.4135*0.9=34.5722，因此位置2处的材料能够承受该处的剪切力，不会出现开裂情况。

Claims (3)

1.一种用于评判冲压时材料抗剪切成形能力的方法，其特征在于包含以下步骤：
A、制作受剪切力而发生断裂的试样，在加工方面保证其精度，采用特定的式样形状，能够在拉伸试验机上实现剪切试验，同时保证在平行段内材料受到均匀的剪切力，以确保得到准确的、真实的剪切应力-应变数据；
B、在试验机上进行材料的剪切断裂试验，得到材料受剪切力而发生断裂情况下的应力-应变曲线；
C、使用材料成形仿真软件，计算整个零件的成形过程，找出受剪切应力的区域，在零件受剪切力的位置处提取该位置在整个成形变形过程中的应力-应变曲线；
D、分别计算两个曲线的面积，对材料的应力-应变曲线求积分，其面积值为剪切势能；
E、利用试验得到的材料剪切势能值为该材料所能承受的最大抗剪切势能，将利用仿真计算获得的材料所受的剪切势能与最大抗剪切势能进行对比，如果大于最大抗剪切势能，则认为材料不能承受该位置剪切力，会发生剪切断裂；如果小于最大抗剪切势能的90%，则认为材料能够承受该位置的剪切力，成形处于安全状态，不会发生断裂；如果在最大抗剪切势能和最大抗剪切势能的90%之间，则认为材料存在剪切断裂的风险；
F、若材料不能承受剪切力或存在剪切断裂风险时，对之进行优化；
所述步骤B中，根据试样在变形过程中载荷变化和横截面积，得到材料受剪切力而发生断裂情况下的应力-应变曲线。
2.根据权利要求1所述的一种用于评判冲压时材料抗剪切成形能力的方法，其特征在于：所述步骤A中，试样尺寸为30mm×250mm，采用线切割加工，加工完成后上研磨，以保证试样表面的粗糙度满足要求；材料为厚度为0.8mm-3.0mm的薄板。
3.根据权利要求1所述的一种用于评判冲压时材料抗剪切成形能力的方法，其特征在于：所述步骤F中，优化措施包含：更换抗剪切能力更优的材料；优化材料，提高材料的抗剪切能力；修改零件的模面形状，降低材料受到的剪切力，从而保证材料能够满足该零件的抗剪切能力。
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