基于塑性異化比值的金屬板沖壓加工性能研究

解婧陶

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院 機械工程系，福建 福州 350000）

在工業(yè)生產(chǎn)中，金屬板由于其良好的彈性、塑性性質(zhì)以及塑性加工性能的優(yōu)勢被應(yīng)用于各個領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景。但由于金屬板在加工的過程中金屬材料之間的熔點、力學(xué)性能等存在較大的差異，并且存在容易牽引變形的特殊形變特征，在生產(chǎn)加工過程中存在金屬板表面熱軋開裂、板型不易控制等缺點[1]。因此對金屬板加工性能及加工工藝的研究對提高產(chǎn)品的質(zhì)量以及成品率具有十分重要的意義，對此本文開展基于塑性異化比值的金屬板沖壓加工性能研究。

1 資料與方法

（1）研究對象。實驗所用的樣本選用尺寸為750mm×700mm×2mm和750mm×700mm×4mm兩種金屬材料拼接而成，采用平行安裝、邊部起爆法將兩種金屬材料拼接成尺寸為750mm×700mm×5.4mm的金屬板。在金屬板中隨機區(qū)域內(nèi)切除1mm3的樣本作為實驗試樣，對該試樣的塑性異化比值與沖壓應(yīng)變加工性能進行實驗研究。

（2）實驗方法。將實驗試樣按照生產(chǎn)加工企業(yè)的加工標(biāo)準(zhǔn)，加工成高溫拉伸試樣，設(shè)置取樣方向為垂直于焊接方向。在SOIHEDF/30G電子式材料實驗設(shè)備中進行等溫拉伸實驗，加熱設(shè)備選用電阻絲加熱爐供熱[2]。設(shè)置拉伸時溫度為350℃、400℃、430℃和450℃，應(yīng)變速率為10-4/s、10-3/s、10-2/s。實驗試樣在加熱爐中加熱到實驗預(yù)設(shè)溫度后，在加熱爐中保持溫度不變的條件下，靜置20min，再進行相應(yīng)的沖壓操作[3]。在操作結(jié)束后迅速將沖壓端口放入冷水中進行冷卻，防止試樣斷口處發(fā)生氧化反應(yīng)，并對掃描電子顯微鏡對試樣斷口進行觀察和分析。

2 調(diào)查結(jié)果分析

根據(jù)上述實驗方法完成實驗，并將掃描電子顯微鏡中觀察到的實驗結(jié)果進行記錄，表1～表4為不同溫度環(huán)境、不同應(yīng)變速率條件下，金屬板試樣塑性異化比值與試樣沖壓應(yīng)變結(jié)果對照表。

表1 350℃條件下不同應(yīng)變速率金屬板試樣變化情況

表2 400℃條件下不同應(yīng)變速率金屬板試樣變化情況

表3 430℃條件下不同應(yīng)變速率金屬板試樣變化情況

表4 450℃條件下不同應(yīng)變速率金屬板試樣變化情況

根據(jù)表1～表4中的數(shù)據(jù)可以看出，在不同溫度和不同應(yīng)變速率條件下，當(dāng)金屬板試樣的塑性異化比值超出一定范圍時，沖壓應(yīng)變迅速變?yōu)榱?，說明此時金屬板試樣斷裂。

3 調(diào)查結(jié)果討論

通過本文實驗研究得出，在實驗環(huán)境條件下，金屬板的塑性良好，塑性異化比值在實驗過程中最高可達0.6，當(dāng)金屬板試樣的應(yīng)變速率一定，在不同溫度條件下，金屬板試樣的沖壓應(yīng)變在塑性異化比值0～0.1范圍內(nèi)迅速增加，而后出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)流變特征，當(dāng)塑性異化比值超出一定范圍時金屬板試樣迅速發(fā)生斷裂。在變形溫度中，金屬板中不同材料分別處于動態(tài)再結(jié)晶階段和動態(tài)恢復(fù)階段，因此金屬板高溫拉伸過程中的穩(wěn)態(tài)流變是由動態(tài)軟化和動態(tài)硬化共同作用的結(jié)果。當(dāng)溫度一定時，隨著應(yīng)變速率的增加金屬板出現(xiàn)沖壓應(yīng)變增加的反?，F(xiàn)象。其主要原因可能是由于應(yīng)變速率低時，金屬板中的金屬材料動態(tài)再結(jié)晶更加充分，因此強度更低，而不同金屬材料中間的性能差異較大，因此塑性異化較差。針對這一現(xiàn)象，在進行金屬板沖壓加工時為了降低不同金屬材料之間的沖壓加工性能差異，可采用異步軋制的方法制備，同時不同金屬材料表面可通過不同的加熱溫度提高金屬板沖壓加工性能。

同時通過實驗研究還可以看出，爆炸焊接制備方法對生產(chǎn)不同材質(zhì)的復(fù)合金屬板具有良好的效果，金屬板中出現(xiàn)了大量的韌窩。當(dāng)塑性異化比值過高時，金屬板斷裂，在斷口處形成了典型的塑性斷裂斷口，斷口處出現(xiàn)了頸縮現(xiàn)象，不同金屬材料層之間并未發(fā)生分層情況。金屬板拉伸斷口處還出現(xiàn)了翹曲現(xiàn)象，實驗試樣的金屬板由平面結(jié)構(gòu)變成了拱狀結(jié)構(gòu)。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是由于金屬板不同金屬材料之間的泊松比、塑性異化比值等力學(xué)性能存在一定的差異，導(dǎo)致金屬板在拉伸的過程中兩種不同材料的產(chǎn)生了不均勻的形變，同時受到連接處金屬材料整體性的限制，不同材料均處于雙向應(yīng)力的狀態(tài)。同時，由于金屬板試樣在拉伸過程中受到界面的約束，金屬材料寬度方向上的變形會趨于一致，因此在金屬板試樣的一側(cè)產(chǎn)生了附加的沖壓應(yīng)力。

4 結(jié)束語

本文針對塑性異化比值對金屬板沖壓加工性能進行研究，得出當(dāng)塑性異化比值產(chǎn)出一定范圍內(nèi)時，金屬板會發(fā)生斷裂，其沖壓加工應(yīng)力變?yōu)榱恪Ｍ瑫r，通過實驗研究逐漸推導(dǎo)出不同金屬材料金屬板在加工過程中應(yīng)選擇的加工方法，可將其作為金屬板沖壓加工性能優(yōu)化設(shè)計研究的理論依據(jù)。本文僅針對垂直方向上塑性異化比值與金屬板沖壓加工性能進行了研究，但在金屬板實際生產(chǎn)過程中將其作為參考改變金屬板的方向?qū)鉀Q實際問題仍存在不足，因此在后續(xù)的研究中還將對金屬板在實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題進行更加深入的研究。