[发明专利]一种构建金属薄板成形极限应力图的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属板料成形技术领域，特别涉及一种构建金属薄板成形极限应力图的方法。

背景技术

在板料成形领域，成形极限图(Forming Limit Diagram，FLD)是评价板料成形性能的重要方法，其反映了板料在发生塑性失稳时的极限应变。FLD为方便地研究板料成形极限和评价拉伸失稳理论提供了基础。然而，目前通过实验或是理论推导确定的FLD大都是由线性或近似线性的应变路径得到的，实际板料的冲压，特别在是成形较复杂的零件或是多工序成形的情况下，往往偏离了线性应变路径，导致无法准确判断板料的失稳现象。

研究发现，极限应变只由应力状态决定，失稳点的应力与应变路径无关。通过建立基于应力为判据的成形极限应力图(Forming Limit Stress Diagram，FLSD)，可以用来解决FLD应用的局限性。

然而，由于在板料成形过程中各点的应力难以测量，目前无法通过直接测量的方法获得板料的成形极限应力图。因此，迫切需要一种能简单、方便地构建金属薄板成形极限应力图的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种构建金属薄板成形极限应力图的方法，解决了板料成形过程中应力难以测量的问题。实现了获得的成形极限应力图准确评价复杂零件实际成形过程中的颈缩和破裂问题，并可同时用于有限元分析过程中板料失稳的判断。

一种构建金属薄板成形极限应力图的方法，具体步骤及参数如下：

1、对采用冷轧或热轧方法生产的厚度为0.2mm～3mm的金属薄板材料采用电解液腐蚀法印制网格或散斑；

2、对板料施加预应变，所实现的应变路径包括：单向拉伸、平面应变和双向等拉；单向拉伸预应变通过采用三轴加载试验机对宽板进行拉伸来实现，平面应变预应变及双向等拉预应变通过采用半球形刚性凸模胀形试验来实现；

3、通过在线或离线应变测量系统测量预应变试样的主应变和次应变；

4、从预变形的试样上采用线切割的方式分别制备第二阶段单向拉伸、平面应变和双向等拉变形的试样，并采用半球形刚性凸模胀形直至试样发生颈缩或破裂；

5、采用在线或离线应变测量系统测量第二阶段变形试样的主应变和次应变；

6、根据获得的两个阶段的应变值，采用相应的屈服准则及转换公式获得成形极限应力图，具体转换公式如下：

(1)

(2)

式中，(ε_1f，ε_2f)为预应变，(ε_1f-ε_1i，ε_2f-ε_2i)为第二阶段应变，表达式为等效应力，和α(ρ)随板料塑性变形所遵循的屈服准则的不同而不同，而σ₁和σ₂则为转换后的两个主应力。

本发明的基本原理，是在实验中分别测定每段线性应变路径下的应变分量，计算相应应变路径下的等效应变。将每段的等效应变相加得到极限状态下等效应变。结合材料的等效应力和等效应变关系式可以计算极限状态下等效应力，最后根据塑性变形的应力应变关系的增量理论得到极限状态下的应力分量。

本发明的优点在于：

1、通过本发明的试验方法，可快速、准确地获得金属薄板成形极限应力图。

2、测定每段线性应变路径下的应变分量，并结合材料的等效应力和等效应变关系式，获得成形极限应力图，可以解决应力难以直接测量的问题。

附图说明

图1为第二阶段为单向拉伸的单拉预应变试样尺寸示意图。

图2为第二阶段为平面应变的单拉预应变试样尺寸示意图。

图3为第二阶段为双向拉伸应变的单拉预应变试样尺寸示意图。

图4为单向拉伸试样尺寸示意图。

图5为平面应变试样尺寸示意图。

图6为双向拉伸试样尺寸示意图。

图7为胀形试验原理图。

图8为成形极限应力图。

具体实施方式

实施例1

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

1、将厚度为0.9mm的DP780+Z高强钢按照如图1、图2、图3所示的尺寸切割成预单向拉伸试样，按照图5的尺寸切割成预平面应变试样，按照图6的尺寸切割成预双向拉伸应变试样；

2、对试样中间变形均匀区域采用电解液腐蚀法印制网格或散斑；