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(jī)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(gè)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(diǎn)、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(diǎn)[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(shí)驗(yàn)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(jī)區(qū)域內(nèi)切除1mm3的樣本作為實(shí)驗(yàn)試樣，對該試樣的塑性異化比值與沖壓應(yīng)變加工性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

（2）實(shí)驗(yàn)方法。將實(shí)驗(yàn)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?yàn)榇怪庇诤附臃较颉Ｔ赟OIHEDF/30G電子式材料實(shí)驗(yàn)設(shè)備中進(jìn)行等溫拉伸實(shí)驗(yàn)，加熱設(shè)備選用電阻絲加熱爐供熱[2]。設(shè)置拉伸時(shí)溫度為350℃、400℃、430℃和450℃，應(yīng)變速率為10-4/s、10-3/s、10-2/s。實(shí)驗(yàn)試樣在加熱爐中加熱到實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行觀察和分析。

2 調(diào)查結(jié)果分析

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方法完成實(shí)驗(yàn)，并將掃描電子顯微鏡中觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(shí)，沖壓應(yīng)變迅速變?yōu)榱悖f明此時(shí)金屬板試樣斷裂。

3 調(diào)查結(jié)果討論

通過本文實(shí)驗(yàn)研究得出，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下，金屬板的塑性良好，塑性異化比值在實(shí)驗(yàn)過程中最高可達(dá)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(shí)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(dòng)態(tài)再結(jié)晶階段和動(dòng)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(dòng)態(tài)軟化和動(dòng)態(tài)硬化共同作用的結(jié)果。當(dāng)溫度一定時(shí)，隨著應(yīng)變速率的增加金屬板出現(xiàn)沖壓應(yīng)變增加的反常現(xiàn)象。其主要原因可能是由于應(yīng)變速率低時(shí)，金屬板中的金屬材料動(dòng)態(tài)再結(jié)晶更加充分，因此強(qiáng)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(jìn)行金屬板沖壓加工時(shí)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(shí)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(shí)通過實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)，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(huì)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(jìn)行研究，得出當(dāng)塑性異化比值產(chǎn)出一定范圍內(nèi)時(shí)，金屬板會(huì)發(fā)生斷裂，其沖壓加工應(yīng)力變?yōu)榱恪Ｍ瑫r(shí)，通過實(shí)驗(yàn)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(jì)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(jìn)行了研究，但在金屬板實(shí)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(shí)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(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行更加深入的研究。