CN113418776B - 一种用极限成形裕度判别汽车用钢冲压性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用极限成形裕度判别汽车用钢冲压性能的方法，先通过金属室温拉伸试验，获得材料的最大力总延伸率；再通过埃里克森试验，获得材料的成形极限曲线，从而得到材料的FLD0点，FLD0点的值与最大力总延伸率的差值即为材料的极限成形裕度；之后通过测量汽车用钢在实际冲压过程中的应变值，将应变值与材料的成形极限曲线通过网格应变分析系统进行比较，得到应变值与材料成形极限值的差值，其中最小差值即为材料在此冲压件中的最小成形极限值；将最小成形极限值与材料的极限成形裕度进行对比，从而对汽车用钢的冲压性能做出准确的判别。优点是：提高了判别的准确性，将判别方法量化、细化、精确化。

Description

一种用极限成形裕度判别汽车用钢冲压性能的方法
技术领域
本发明涉及一种用极限成形裕度判别汽车用钢冲压性能的方法。
背景技术
目前，随着汽车行业的高速发展，汽车行业新车型不断更新，以及新能源汽车的崛起，意味着汽车冲压件的结构类型向着更轻、更薄、更复杂的方向发展，进而对汽车用钢的冲压成形性能提出了更高的要求。因此，如何准确判别汽车用钢的冲压成形性能，成为目前汽车企业与钢铁企业共同努力的方向。精确判别汽车钢的冲压成形性能是将“正确的材料用在了正确的地方”，并且提高了冲压合格率和稳定率。相反，若无法精确评价冲压成形性能，将增加汽车企业选材的难度，极易导致实际生产过程中因冲压性能过剩造成材料的浪费；冲压性能不够导致冲压开裂、隐裂等冲压缺陷。
传统汽车用钢冲压成形性能的判别主要有两种方法，第一种是根据现场实际冲压情况来判别，如果没有出现冲压开裂、隐裂、起皱等冲压缺陷，就认为达到使用要求；反之，则需要根据现场冲压工程师的经验，不断对冲压工艺参数进行调节，或是对冲压材料进行更换；这种判别方法没有固定的标准，仅靠实际冲压情况或是冲压工程师的经验，精度无法保证的同时也极易造成材料的浪费，已无法满足现代化汽车企业高标准的冲压用钢选材要求。第二种是将FLD0值与冲压件最大应变值的差值作为判定标准，在这里，FLD0值是FLC曲线与纵轴的交点；第二种判别标准是FLD0值与冲压件最大应变值的差值大于10％，则认为冲压性能满足冲压件成形要求；若小于10％，则认为不满足成形要求。这种判别方法10％的数值是基于现场经验而得，而在实际冲压过程中，经常出现差值大于10％发生开裂，或是差值小于10％冲压情况良好的现象，极易造成材料的浪费或是增加了冲压不良率，影响企业生产效率，同时无法满足高标准的冲压用钢使用要求。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用极限成形裕度判别汽车用钢冲压性能的方法，旨在精确判别汽车用钢的冲压成形性能，提高汽车用钢选材的准确性，提升汽车用钢实际冲压生产效率。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种用极限成形裕度判别汽车用钢冲压性能的方法，先通过金属室温拉伸试验，获得材料的最大力总延伸率；再通过埃里克森试验，获得材料的成形极限曲线，从而得到材料的FLD0点，FLD0点的值与最大力总延伸率的差值即为材料的极限成形裕度；
之后通过测量汽车用钢在实际冲压过程中的应变值，将应变值与材料的成形极限曲线通过网格应变分析系统进行比较，得到应变值与材料成形极限值的差值，其中最小差值即为材料在此冲压件中的最小成形极限值；
将最小成形极限值与材料的极限成形裕度进行对比，从而对汽车用钢的冲压性能做出准确的判别。
一种用极限成形裕度判别汽车用钢冲压性能的方法，具体包括以下步骤：
1)按照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》对材料进行室温拉伸试验，获得材料的最大力总延伸率Agt；
2)按照GB/T 4156-2007《金属材料薄板和薄带埃里克森杯突试验》制作长度均为L，宽度为B的N个试样，其中，160mm≤L≤180mm，20mm≤B≤180mm，N≥6；
3)对制作的N个试样表面通过电化学腐蚀或者手绘的方法印制尺寸为H0×H0的方形网格，2.0mm≤H0≤4.0mm，进行埃里克森试验。
4)埃里克森试验之后，试样表面的网格发生变化；再通过测量缩颈区临界网格或破裂区附近的临界网格的尺寸变化进行计算，确定试样的表面极限应变量e1、e2，其中e1为主应变，e2为次应变；将N个试样测定的表而极限应变量e1，e2标绘在表面应变坐标系中，根据表面极限应变量在坐标系中的分布特征，将它们连成适当的曲线，进而获得材料的成形极限曲线，见图1；
5)材料成形极限曲线与坐标轴纵轴的交点称为FLD0点，见图2，FLD0点称为平面应变特征点，是材料在平面应变状态下的极限应变，次应变等于0，反映了材料的抗破裂能力；
6)将材料的平面应变特征点FLD0与材料的最大力总延伸率Agt之间的差值称之为材料的极限成形裕度，记为ΔA；
7)汽车板冲压前，在已经落料后的板料上通过电化学腐蚀或者手绘的方法印制尺寸为H1×H1的方形网格，2.0mm≤H1≤4.0mm；
8)将印制好网格的板料进行实际冲压，对冲压后的板料进行表面网格扫描并传输到计算机，计算出所印网格区域的应变值，将应变值与材料的成形极限曲线进行比较，得到应变值与材料成形极限值的差值，其中最小差值即为材料在此冲压件中的最小成形极限值，记为ΔB；
9)将ΔB与材料的极限成形裕度ΔA进行比较，若ΔB＞ΔA，则判定材料的冲压性能可以满足成形要求，并且差值越大，越说明材料的冲压成形性能越好；若ΔB≤ΔA，则判定材料的冲压性能不满足成形要求，极易发生隐裂、开裂等风险。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
利用本发明方法将汽车用钢的应用性能与金属材料的应变、力学性能联系起来，将汽车用钢的冲压成形性能与极限成形裕度结合在一起。用极限成形裕度判别材料在实际冲压过程中的成形性能，极大地提高了判别的准确性，将判别方法量化、细化、精确化。同时，本发明方法操作过程不受工作环境的限制，可广泛推广使用在实际冲压现场，并且此判别方法操作简单，易于掌握。
附图说明
图1是材料的成形极限曲线图；
图2是材料成形极限曲线图中的FLD0点；
图3是实施例1中DC06-0.8mm的成形极限曲线；
图4是实施例1中DC06-0.8mm实际冲压应变值与成形极限值的差值；
图5是实施例2中DP980-1.4mm的成形极限曲线；
图6是实施例2中DP980-1.4mm实际冲压应变值与成形极限值的差值。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
实施例1：
某车型左侧围外板零部件的冲压成形，应用材料为厚度0.8mm的超低碳钢DC06，判别该汽车用钢冲压性能的方法，包括以下步骤：
(1)对厚度0.8mm的DC06超低碳钢进行室温拉伸试验，测得DC06-0.8mm的最大力总延伸率Agt＝24.9％。
(2)利用激光切割将DC06-0.8mm制作成一组长度均为180mm，宽度依次为20mm、30mm、60mm、80mm、90mm、100mm、120mm、140mm、160mm、180mm的10个试样。
(3)分别对10个试样表面采用电化学腐蚀的方法印制2.0mm×2.0mm的网格，进行埃里克森试验。
(4)对埃里克森试验结果进行分析，通过测量缩颈区临界网格或破裂区附近的临界网格的尺寸变化进行计算，确定试样的表面极限应变量(e1、e2)，其中，e1为主应变，e2为次应变。将上述8个试样测定的表面极限应变量(e1，e2)标绘在表面应变坐标系中(纵轴为主应变，横轴为次应变)，根据表面极限应变量在坐标系中的分布特征，将它们连成适当的曲线，进而获得厚度0.8mm超低碳钢DC06的成形极限曲线，见图3。
(5)成形极限曲线与表面应变坐标系纵轴交点为FLD0点，可知DC06-0.8mm的FLD0值为36.5％。
(6)则DC06-0.8mm的极限成形裕度ΔA＝36.5％-24.9％＝11.6％。
(7)左侧围外板冲压前，在已经落料后的DC06-0.8mm板料上通过电化学腐蚀的方法印制尺寸为2.0mm×2.0mm的方形网格。
(8)将印制好网格的左侧围外板进行实际冲压，对冲压后的左侧围外板利用便携式网格应变分析仪进行表面网格扫描并传输到计算机，计算出所印网格区域的应变值，将应变值与DC06-0.8mm的成形极限曲线进行比较，得到应变值与DC06-0.8mm成形极限值的差值，见图4，其中最小差值即为DC06-0.8mm在左侧围外板零部件冲压过程中的最小成形极限值ΔB，本实施例中ΔB＝20.9％。
(9)将最小成形极限值ΔB与材料的极限成形裕度ΔA进行比较，本实施例中，ΔA＝11.6％，ΔB＝20.9％；可知ΔB＞ΔA，则说明DC06-0.8mm满足左侧围外板零部件的冲压成形要求，并且冲压成形性能稳定，冲压结果良好。
实施例2：
某车型后排座椅上横梁板零部件的冲压成形，应用材料为厚度1.4mm的超高强钢DP980，判别该汽车用钢冲压性能的方法，包括以下步骤：
(1)对厚度1.4mm的DP980超高强钢进行室温拉伸试验，获得DP980-1.4mm的最大力总延伸率Agt＝9.0％。
(2)利用激光切割将DP980-1.4mm制作成一组长度均为180mm，宽度依次为30mm、60mm、80mm、100mm、120mm、140mm、160mm、180mm的8个试样。
(3)分别对8个试样表面采用电化学腐蚀的方法印制2.0mm×2.0mm的网格，进行埃里克森试验。
(4)对埃里克森试验结果进行分析，通过测量缩颈区临界网格或破裂区附近的临界网格的尺寸变化进行计算，确定试样的表面极限应变量(e1、e2)，其中，e1为主应变，e2为次应变。将上述8个试样测定的表面极限应变量(e1，e2)标绘在表面应变坐标系中(纵轴为主应变，横轴为次应变)，根据表面极限应变量在坐标系中的分布特征，将它们连成适当的曲线，进而获得DP980-1.4mm的成形极限曲线，见图5。
(5)成形极限曲线与表面应变坐标系纵轴交点为FLD0点，可知DP980-1.4mm的FLD0值为14.4％。
(6)则材料的极限成形裕度ΔA值为14.4％-9.0％＝5.4％。
(7)后排座椅上横梁板冲压前，在已经落料后的DP980-1.4mm板料上通过电化学腐蚀的方法印制尺寸为2.0mm×2.0mm的方形网格。
(8)将印制好网格的后排座椅上横梁板进行实际冲压，对冲压后的后排座椅上横梁板利用便携式网格应变分析仪进行表面网格扫描并传输到计算机，计算出所印网格区域的应变值，将应变值与DP980-1.4mm的成形极限曲线进行比较，得到应变值与DP980-1.4mm成形极限值的差值，见图6，其中最小差值即为DP980-1.4mm在后排座椅上横梁板零部件冲压过程中的最小成形极限值ΔB，本实施例中ΔB＝0.8％。
(9)将最小成形极限值ΔB与材料的极限成形裕度ΔA进行比较，本实施例中，ΔA＝5.4％，ΔB＝0.8％；可知ΔB＜ΔA，则说明DP980-1.4mm不满足后排座椅上横梁板零部件的冲压成形要求，极易在冲压过程中产生开裂、隐裂的风险，无法达到冲压使用要求。
本发明将极限成形裕度引入到判别方法中，根据不同材料不同规格的成形极限曲线与最大力下总延伸率，获得材料的精确极限成形裕度，用此极限成形裕度判别材料在实际冲压过程中的成形性能，极大地提高了判别的准确性，将判别方法量化、细化、精确化。同时，本发明方法操作过程不受工作环境的限制，可广泛推广使用在实际冲压现场，并且此判别方法操作简单，易于掌握。

Claims (1)

1.一种用极限成形裕度判别汽车用钢冲压性能的方法，其特征在于，先通过金属室温拉伸试验，获得材料的最大力总延伸率；再通过埃里克森试验，获得材料的成形极限曲线，从而得到材料的FLD0点，FLD0点的值与最大力总延伸率的差值即为材料的极限成形裕度；
之后通过测量汽车用钢在实际冲压过程中的应变值，将应变值与材料的成形极限曲线通过网格应变分析系统进行比较，得到应变值与材料成形极限值的差值，其中最小差值即为材料在此冲压件中的最小成形极限值；
将最小成形极限值与材料的极限成形裕度进行对比，从而对汽车用钢的冲压性能做出准确的判别；
具体包括以下步骤：
1)按照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》对材料进行室温拉伸试验，获得材料的最大力总延伸率Agt；
2)按照GB/T 4156-2007《金属材料薄板和薄带埃里克森杯突试验》制作长度均为L，宽度为B的N个试样，其中，160mm≤L≤180mm，20mm≤B≤180mm，N≥6；
3)对制作的N个试样表面通过电化学腐蚀或者手绘的方法印制尺寸为H0×H0的方形网格，2.0mm≤H0≤4.0mm，进行埃里克森试验；
4)埃里克森试验之后，试样表面的网格发生变化；再通过测量缩颈区临界网格或破裂区附近的临界网格的尺寸变化进行计算，确定试样的表面极限应变量e1、e2，其中e1为主应变，e2为次应变；将N个试样测定的表而极限应变量e1，e2标绘在表面应变坐标系中，根据表面极限应变量在坐标系中的分布特征，将它们连成适当的曲线，进而获得材料的成形极限曲线；
5)材料成形极限曲线与坐标轴纵轴的交点称为FLD0点，FLD0点称为平面应变特征点，是材料在平面应变状态下的极限应变，次应变等于0，反映了材料的抗破裂能力；
6)将材料的平面应变特征点FLD0与材料的最大力总延伸率Agt之间的差值称之为材料的极限成形裕度，记为ΔA；
7)汽车板冲压前，在已经落料后的板料上通过电化学腐蚀或者手绘的方法印制尺寸为H1×H1的方形网格，2.0mm≤H1≤4.0mm；
8)将印制好网格的板料进行实际冲压，对冲压后的板料进行表面网格扫描并传输到计算机，计算出所印网格区域的应变值，将应变值与材料的成形极限曲线进行比较，得到应变值与材料成形极限值的差值，其中最小差值即为材料在此冲压件中的最小成形极限值，记为ΔB；
9)将ΔB与材料的极限成形裕度ΔA进行比较，若ΔB＞ΔA，则判定材料的冲压性能可以满足成形要求，并且差值越大，越说明材料的冲压成形性能越好；若ΔB≤ΔA，则判定材料的冲压性能不满足成形要求，极易发生隐裂、开裂的风险。
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