r值對(duì)板料拉深性能影響的模擬結(jié)果分析

趙赫 何其錦 錢健清

摘 要：本次試驗(yàn)主要研究對(duì)于不同r值設(shè)置下的板料模型進(jìn)行LDR結(jié)果的模擬，從而得到r值與板料拉深性能的關(guān)系。得出r值對(duì)LDR結(jié)果影響較為明顯，r值每提高0.1，LDR增加約0.02。且板面各向異性情況下，板料拉深性能受到最小r值和應(yīng)力應(yīng)變不均勻的影響，性能要明顯弱于與平均r值相同的板面各向同性的板料。

關(guān)鍵詞：拉深；r值；LDR

1 前言

在經(jīng)濟(jì)與技術(shù)高速發(fā)展的現(xiàn)代，金屬材料作為工業(yè)生產(chǎn)制造的基礎(chǔ)，對(duì)材料性能提高的研究始終是科研工作者和生產(chǎn)廠家優(yōu)化和提高產(chǎn)品品質(zhì)、降低生產(chǎn)成本的重點(diǎn)工作內(nèi)容。但是，對(duì)已有材料的性能開(kāi)發(fā)和不同變形狀態(tài)下對(duì)材料性能要求差異的研究以及實(shí)際生產(chǎn)與理論分析和數(shù)值模擬之間的差異也應(yīng)該得到更多的研究。

塑性應(yīng)變比即Plastic strain ratio又稱Lank ford值或r值，是評(píng)價(jià)金屬薄板深沖性能的最重要參數(shù)。它反映金屬薄板在某平面內(nèi)承受拉力或壓力時(shí)，抵抗變薄或變厚的能力，也就是指在單軸拉伸應(yīng)力作用下，試樣寬度方向真實(shí)塑性應(yīng)變和厚度方向真實(shí)塑性應(yīng)變的比[1]。由于結(jié)晶和軋制原因，板料的塑性會(huì)因?yàn)榉较虿煌植町悾@種現(xiàn)象叫做板料的塑性各向異性。我們把r=1時(shí)，稱為為各向同性；r≠1時(shí)，稱為為各向異性。目前研究者普遍認(rèn)為板料的各向異性是由于板料在軋制過(guò)程因材料特性和加工工藝而產(chǎn)生的織構(gòu)的作用[2-6]。

2 極限拉深比模擬結(jié)果與分析

極限拉深比LDR是用來(lái)衡量板料拉深性能最為直觀的指標(biāo)。通過(guò)對(duì)不同r值設(shè)置下的板料模型進(jìn)行LDR結(jié)果的模擬，從而得到r值與板料拉深性能的關(guān)系。模擬中采用的是國(guó)標(biāo)要求的1.25mm級(jí)差確定每次模擬的原始板料尺寸。LDR數(shù)值模擬結(jié)果見(jiàn)表2.1。

3 數(shù)值模擬結(jié)果與分析

用于應(yīng)力應(yīng)變分析的模擬使用的板料尺寸115mm，r值設(shè)置見(jiàn)表3.1。在圖3.1所示的成形極限圖（Forming Limit Diagram，F(xiàn)LD）模式主要是用來(lái)判斷板料在拉深過(guò)程是否出現(xiàn)破裂和起皺。在板面各向同性的圖3.2（a）（b）和（c）中，輕微起皺、有起皺趨勢(shì)和安全區(qū)所表示的三個(gè)顏色區(qū)域分布近乎相同且以試樣中心呈同心圓分布。圖3.1（d）的r值在三個(gè)方向的差異導(dǎo)致不同方向的應(yīng)變是不均勻的。r值較小的45°方向的板料邊緣也出現(xiàn)了嚴(yán)重起皺現(xiàn)象。這個(gè)結(jié)果說(shuō)明板面各向異性所導(dǎo)致的應(yīng)力應(yīng)變?cè)谕咕壣系牟痪鶆蚍植际抢钸^(guò)程凸緣起皺的重要原因。凸緣板料在r值較小的方向越容易出現(xiàn)起皺。因此，對(duì)于板面各向同性情況，r值的大小并不會(huì)影響凸緣起皺情況；對(duì)于板面各向異性，r值在不同方向?qū)е伦冃蔚牟町愂且鹜咕壘植糠较蚱鸢欇^大的主要原因。

板料拉深成形中的板料厚度變化除了在凸緣靠近外邊緣的一定范圍內(nèi)由于周向應(yīng)變大于徑向應(yīng)變而產(chǎn)生板料增厚，其他區(qū)域是板厚減薄的。由于凸緣板料增厚而這部分板料隨著拉深變形進(jìn)入凹模圓角區(qū)和直壁區(qū)從而使這些區(qū)域的在拉深后期也有可能大于原始板厚。在凸模圓角區(qū)和直壁區(qū)的下邊緣是板料減薄的最大區(qū)域。尤其是在凸模圓角區(qū)和直壁區(qū)交界的位置，厚度變化劇烈。在3mm的高度范圍內(nèi)厚度差距超過(guò)了10%。

r值的主要作用就是控制變形時(shí)板料的厚度應(yīng)變。圖3.3是四次模擬中最小厚度與平均r值之間的關(guān)系圖。從圖中可知r=2.23和板料拉深的最小厚度和r=1.40的板料相差在10%左右，且最小厚度與r值大小直接相關(guān)。板面各向異性情況下板厚的情況受到所用板料的最小r值方向的影響，板厚變化規(guī)律介于平均r值和最小r值之間。

4 結(jié)論

（1）在LDR模擬中，r值對(duì)LDR結(jié)果影響較為明顯，r值每提高0.1，LDR增加約0.02。

（2）板面各向異性情況下，板料拉深性能受到最小r值和應(yīng)力應(yīng)變不均勻的影響，性能要明顯弱于與平均r值相同的板面各向同性的板料。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局. GB/ T 5027-2016 金屬薄板和薄帶塑性應(yīng)變比（r值）試驗(yàn)方法[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

[2] 汪志剛，馮興宇，楊泰勝，等. 第二相粒子與織構(gòu)對(duì)高強(qiáng)Cu-Ni-Si系合金薄板各向異性的影響[J]. 工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2017，39（06）：867-874.

[3] 彭繼華，李文芳，Jean-Luc Bechade，等. 織構(gòu)對(duì)先進(jìn)鋯合金蠕變性能各向異性的影響[J]. 稀有金屬，2008，32（01）：1-6.

[4] 劉毓舒，趙波，宓小川. IF深沖鋼織構(gòu)及其對(duì)塑性各向異性的影響[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，38（07）：1143-1147.

[5] 呂慶功，陳光南，周家琮，等. 深沖鋼板的主要織構(gòu)對(duì)塑性應(yīng)變比的影響[J]. 鋼鐵研究，2000，116（05）：40-43.

[6] 沈健，張新明. 深沖用鋁板的織構(gòu)和各向異性[J]. 輕合金加工技術(shù)，1994，22（07）：27-33.

[7] 朱知壽，顧家琳，陳南平，等. 鈦的織構(gòu)與力學(xué)性能各向異性關(guān)系研究[J]. 機(jī)械工程材料，1994，18（02）：23-25.

項(xiàng)目編號(hào)：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目SA181000：