鋁復合板深加工成形力學行為與工藝分析

韓強 南寧中車鋁材精密加工有限公司

鋁復合板材料經(jīng)過深加工處理形成需求的零件結構，經(jīng)過多年的發(fā)展鋁復合板材料的加工規(guī)模逐漸擴大，加工數(shù)量也大幅度提升，對于深加工形成的產(chǎn)品質(zhì)量強化是人們關注的重點問題，需要對變形進行有效的控制，提高加工處理的精度。鋁復合板的厚度方向為非均質(zhì)，對其成形力學行為與工藝的研究分析，能夠明確其深加工成型理論，為深加工產(chǎn)品質(zhì)量的提升提供助益。

一、鋁復合板深加工成形力學行為分析

鋁復合板材料的力學性能呈現(xiàn)效果與加工過程中的各項工藝參數(shù)均有緊密的關聯(lián)影響作用，其材料復合組成當中鋁材料復合組成比例會根據(jù)需求進行合理規(guī)劃，通過組元層厚比的優(yōu)化調(diào)整，使力學性能達到了合理化的狀態(tài)，適用的領域更加廣泛。

（一）鋁復合板材料單向拉伸性能研究

對選擇的鋁復合板材料應用專業(yè)的機械進行研磨與拋光制備處理，可以利用掃描電鏡對鋁的連接部位進行觀察，在復合材料之間會有一條稍微彎曲的曲線，若是曲線部位沒有漏洞空缺的情況就證明連接狀態(tài)良好[1]。之后經(jīng)過規(guī)范的鋁復合板材料拉伸性能實驗，能夠發(fā)現(xiàn)在材料經(jīng)過拉伸變形的過程中，拉伸的長度逐漸變大的情況下，材料的橫截面積以均勻的狀態(tài)，在逐漸的減小，材料結構的承載水平變?nèi)酰熳冃巫饔孟聲纬杉庸び不?，變形抗力值水平提升，會對變形區(qū)域的變形進行抑制，讓變形區(qū)域位置發(fā)生變化。不斷拉伸下加工硬化程度會與面積縮小達到相等狀態(tài)，變形會呈現(xiàn)集中狀態(tài)，應力水平與應變呈現(xiàn)反比例變化，最終試件會斷裂。

從縮頸到斷裂的過程中，鋁的力學性能變化效果比較顯著，在拉伸當中橫向應變當中鋁表面應變效果和寬度方向縮短情況明顯，一側的鋁面會出現(xiàn)翹曲的情況，界面不會出現(xiàn)分層情況，整體的復合板界面結合水平比較優(yōu)良。另外，在拉伸力學性能分析當中與層厚比進行對照，可以明確鋁復合板材料的抗拉強度、彈性模量與屈服強度變化規(guī)律，與厚層比加權平均規(guī)律保持一致。

（二）鋁復合板材料成形性能研究

鋁復合板材料成形性能的主要影響因素是層厚比，對成形性能影響效果的明顯，可以應用剛膜脹形試驗結合數(shù)值模擬來對鋁復合板組元材料進成形極限進行研究。在層厚比不相同的情況下，鋁復合板材料的成形性能就存在明顯的差異，影響效果顯著。

二、鋁復合板深加工成形工藝分析

（一）凹凸模間隙工藝參數(shù)對成形的影響

該項工藝參數(shù)就是指拉伸模具當中凹模與凸模結構中間的單面間隙，這一工藝參數(shù)主要是會對復合材料流動性產(chǎn)生直接的影響。當凹凸模間隙數(shù)值比較大時材料拉伸損傷峰值會相應降低，在減薄拉伸的狀況下，凹凸模間隙部位會對復合板材料施加摩擦阻力，使損傷值增加，摩擦作用下模具表面出現(xiàn)傷痕的概率比較高，模具的應用時限會相應縮短。當凹凸模間隙值超過復合板材料直徑之后，在凹凸模間隙增加的條件下，最大損傷值會呈下降趨勢，當凹凸模間隙工藝參數(shù)超過標準值時，成形的鋁復合板材料筒壁錐度會超出標準狀態(tài)，拉伸作用下會出現(xiàn)斷裂和材料聚堆的情況。

（二）凸模圓角半徑工藝參數(shù)對成形的影響

凸模圓角半徑的設置對成型產(chǎn)品的質(zhì)量有直接的影響，在成形鋁復合板產(chǎn)品當中底部圓角的規(guī)格與其半徑規(guī)格是相同的，因而鋁復合板的形狀與質(zhì)量標準是凸模圓角尺寸規(guī)劃的依據(jù)。若是凸模圓角半徑值偏小的狀態(tài)下，在拉伸的過程中復合板彎曲的程度會比較大，變形區(qū)域力的承受能力會比較弱，就會導致最終阻力與拉力達到一定水平時產(chǎn)生斷裂的情況。若是凸模圓角半徑值偏大的情況下，鋁復合板材料深加工初步成形時，無壓邊區(qū)域面積比較大，變形狀態(tài)無法保持均勻狀態(tài)，成形的形狀會受到不良影響。最適宜的凸模圓角半徑需要大于5mm，但不能超過11mm。

（三）壓邊間隙工藝參數(shù)對成形的影響

壓邊間隙參數(shù)不同的情況下，鋁復合板材料的最大增厚率、減薄率、FLD 最大損傷等都會受到影響作用[2]。當壓邊間隙值偏大的情況下，成形的鋁復合板會出現(xiàn)起皺的情況，這是由于壓邊間隙超過適宜水平時，凸緣區(qū)域的材料流動速度提高，切向收縮變形速度也會比較高，局部厚度就會變大，就形成了起皺現(xiàn)象。而壓邊間隙數(shù)值在增大的情況下，鋁復合板材料的增厚率與之是成正比例變化的關系。當壓邊間隙參數(shù)偏小的狀態(tài)下，在深加工操作的過程中，拉應力水平會隨之提升，板材的流動的阻力比較大，局部的板材厚度就會變小。在實踐經(jīng)驗當中，比較適宜的壓邊間隙值需要大于2.4mm，但是不能超過3.8mm。

三、結束語

近年來，國內(nèi)外圍繞層狀復合材料的制備工藝和界面調(diào)控機理開展了大量的研究工作，取得了豐碩的成果，部分產(chǎn)品實現(xiàn)了工業(yè)化批量生產(chǎn)。隨著層狀金屬復合材料應用范圍不斷擴大，開展其深加工成形力學行為與工藝研究具有必要性，對于行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展有重要的助益。