基于FLD的溫?zé)岢尚蜅l件下鋁合金板沖壓板料的成型性能研究

崔寧

摘 要 在最近幾年內(nèi)，關(guān)于輕量化材料的研究越來越多，在輕量化材料當(dāng)中，鋁合金在室溫狀態(tài)下，其成形的性能相對較差，溫?zé)岢尚凸に嚹軌蛴行У慕鉀Q鋁合金室溫狀態(tài)下存在的成形差的問題。FLD多應(yīng)用在分析板料沖壓成形模擬當(dāng)中，尤其是在溫?zé)岢尚蔚臓顟B(tài)下，能夠有效的判斷其成形性能。本文首先對FLD進(jìn)行了基本概述，然后針對溫?zé)岢尚蜅l件下5754鋁合金板沖壓板料的相關(guān)實(shí)驗(yàn)闡述和分析，最后，提出了影響因素對FLD影響的分析和誤差的量化。

關(guān)鍵詞 FLD 溫?zé)岢尚?鋁合金板沖壓板料

1 FLD概述

成形極限圖（Forming Limit Diagram，F(xiàn)LD）主要是在已經(jīng)制備好的坐標(biāo)上進(jìn)行網(wǎng)格設(shè)置，主要是通過加載的方式促使材料膨脹，材料在膨脹的過程中就會發(fā)生變形，從而就可以有效的測量出破裂或失衡時的€%^1、€%^2，也就是我們常說的長軸和短軸方向。另外，在改變材料并測量得到長軸和短軸的值后，在坐標(biāo)當(dāng)中找到相應(yīng)的試點(diǎn)，然后對試點(diǎn)進(jìn)行連線，需要注意的是，連線采用的平滑的曲線，而不是直線，最終得到成形極限圖。一般來說，成形極限曲主要可以分為安全區(qū)、破裂區(qū)及臨界區(qū)三個區(qū)域。早在80年代就有相關(guān)的研究，隨著計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及模擬操作的發(fā)展和進(jìn)步，溫?zé)岢尚蜅l件下鋁合金板沖壓板料的成形性能研究也日趨成熟，使得傳統(tǒng)的成形技術(shù)逐漸科學(xué)化和合理化。

2溫?zé)岢尚蜅l件下5754鋁合金板沖壓板料的相關(guān)實(shí)驗(yàn)

首先，選擇5754鋁合金板沖壓板料，要想更好的對鋁合金板沖壓板料進(jìn)行研究，就必須在測量之前對其表面的應(yīng)變量進(jìn)行有效的測量，選擇一個有效的網(wǎng)格圓，并且保證網(wǎng)格圓的直徑保證在0.75mm左右，半徑為1.5mm左右。其次，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中選擇一個合理的加熱裝置，從而確保在加熱過程中的成形溫度能夠進(jìn)行有效的控制。最后，在5754鋁合金板沖壓板料當(dāng)中涂抹潤滑涂層，這樣做的主要目的就是有效減少摩擦系數(shù)，避免由于摩擦系數(shù)過大影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在以上過程完成之后，將5754鋁合金板沖壓板料放入到加熱裝置當(dāng)中記性沖壓，并保證加熱裝置的溫度維持在250℃左右即可，然后選取測量的平均值作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

在溫?zé)釛l件下對5754鋁合金板材料沖壓板料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)中，在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的單軸拉伸應(yīng)變狀態(tài)和雙軸拉伸應(yīng)變狀態(tài)下得到了相應(yīng)的值，但是所得到的結(jié)果并不包含在單軸拉伸應(yīng)變線（€%^2/€%^1=–0.5）和雙軸拉伸應(yīng)變線（€%^2/€%^1=1.0）上，換個角度表述就是該數(shù)值在理論和實(shí)際之間存在一定的誤差。針對于溫?zé)岢尚螚l件狀態(tài)下受到了加熱裝置的限制，在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中進(jìn)行相關(guān)規(guī)定的實(shí)驗(yàn)設(shè)備并不是十分適用，應(yīng)進(jìn)行一定的改善。同時，在試樣與凸模之間，受到潤滑劑和加熱裝置的影響，摩擦系數(shù)也會發(fā)生一定的變化，這些都對溫?zé)岢尚蜅l件下5754鋁合金板沖壓板料的準(zhǔn)確性造成影響。因此，為了更好的獲得在溫?zé)釛l件下的一個準(zhǔn)確的成形極限圖，就應(yīng)量化FLD的相關(guān)影響因素和存在的誤差。

3影響因素對FLD影響的分析和誤差的量化

3.1影響因素對單軸拉伸應(yīng)變狀態(tài)的影響

在當(dāng)前FLD的國際標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，編號是1的應(yīng)變路徑就是單軸拉伸應(yīng)變狀態(tài)，從理論的角度來看，單軸拉伸應(yīng)變狀態(tài)下得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)主要集中在單軸的拉伸應(yīng)變線上，在溫?zé)岢尚蔚臈l件下，實(shí)驗(yàn)和理論數(shù)據(jù)之間就會存在一定的誤差，所以，就需要找到FLD實(shí)驗(yàn)單軸拉伸應(yīng)變狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差的應(yīng)縣該因素并量化誤差對FLD的準(zhǔn)確性就顯得十分重要。另外，在研究溫?zé)岢尚螚l件下所產(chǎn)生的單軸拉伸應(yīng)變誤差造成的影響因素，在FLD右半部分就是雙拉變形區(qū)，即€%^2/€%^1>0，而左半部分是拉壓變形區(qū)，即€%^2/€%^1<0，因此，要想更好的對其進(jìn)行分析，就必須掌握幾何尺寸與摩擦系數(shù)兩個方面對誤差的影響，才能確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2影響因素對雙軸拉伸應(yīng)變狀態(tài)的影響

在當(dāng)前FLD的國際標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，編號是6的應(yīng)變路徑就是雙軸拉伸應(yīng)變狀態(tài)，根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中給出的圖例可以了解到，雙軸拉伸應(yīng)變狀態(tài)主要針對的是主應(yīng)變和次應(yīng)變兩者之間存在的關(guān)系，簡單來說就是次應(yīng)變與主應(yīng)變的比理論值為 1的一種應(yīng)變狀態(tài)。從理論的角度來看，雙軸拉伸應(yīng)變狀態(tài)下所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)需確保在雙軸拉伸應(yīng)變線的范圍上，但在，在加熱裝置輔助作用下的溫?zé)岢尚螚l件下，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)往往會與理論之間存在一定的誤差，只有找到FLD在實(shí)驗(yàn)后雙軸拉伸應(yīng)變狀態(tài)下得到確切的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后對兩者之間存在的誤差的影響因素進(jìn)行合理的量化，確保結(jié)果的準(zhǔn)確性，才能更好的對其成形性能進(jìn)行改善。

綜上所述，對于成形極限圖的研究從20世紀(jì)就已經(jīng)開始，在經(jīng)歷了長時間的研究之后，在理論和實(shí)驗(yàn)方面都得到了一定的進(jìn)展，對于溫?zé)釠_壓成形條件下鋁合金沖壓板料在加熱設(shè)備的作用下，當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)存在一定的誤差，需要進(jìn)行相應(yīng)的改善，使用潤滑劑能夠減少摩擦系數(shù)，有效提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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