一家专注流体压力成形技术
【作 者】王彦东;赵志国;钟娟;史丹丹
【引 言】
板材成形性能是指金属板材在冲压成形工艺中的多种适应能力，如抗破裂性、贴模性和定形性等，其中，抗破裂性是左右板料成形能否成功的最重要因素。成形极限图（Forming limitdiagram-FLD）是在金属板料塑性成形中判断板料成形成功与失败的一个重要判据。已经成为金属板材成形加工领域不可或缺的得力工具。在利用有限元仿真方法进行冲压工艺优化、汽车钣金零件选材等方面有着重要的应用。现在普遍认为材料成形极限图是在 1965 年 Keeler 在同年五月份的 SAE 报告中提出来的 [1]，在 1968 年由 Goodwin 做了补充和完善[2]。Keeler 等将主应变跟次应变描绘在坐标系中，更加直观的表示了不同应变路径下的材料极限应变状态。后来 Goodwin 发现，板材在冲压成型过程中还存在明显的拉压状态，在此基础上提出了拉压状态下材料的成形极限，也就是成形极限图的左半部分，并与 Keeler 的研究成果结合，得到了完整的成形极限图。由于当时实验条件的限制，描绘在成形极限图上的应变对比较离散，提出用具有一定宽度的带状区域来表示[3]。
目前，实验室普遍采用 Nakajima 等提出的半球形钢模胀形法和 Marciniak 等提出的平冲头钢模胀形法。Nakajima 法冲头前端为光滑的钢制半圆球 [4]，通过不同宽度的试样得到不同应变路径下的极限应变，该方法的缺点也十分明显，采用 Nakajima法进行试验时试样会发生弯曲，产生一定的厚向应力，而且会造成平面应变状态点位置与理论值发生偏离，这是因为在试验刚开始半球形凸模与试样接触时，应变路径为双向等拉伸状态。
由于冲头与试样直接接触，试验结果受摩擦力影响较大，润滑方式不理想的情况下很难得到预期的结果。Marciniak 等通过改进提出了利用圆柱形平冲头进行试验的方法[5]，变形集中的位置不存在摩擦力和厚向应力的影响，得到的结果更接近理论值，存在的问题是试样容易从边缘开裂，试验成功率较低。在板材成形测试中，不同检测室采用不同的方法做出来的结果往往相差很大，这是由于对能够明显影响试验结果的因素各个实验室采取的方法不尽相同，其中试样的对中度对试验结果的影响比较明显，试样的中心偏离冲头的中心时，应变路径会偏离预先设定的位置，得到的结果不能代表材料的真实性能，甚至会因应力集中导致试样在压边圈处撕裂造成数据缺失，增加了实验的成本。
【意义】
本文提出的板材成形对中方法结构简单，可更换前端对中块以适用于不同尺寸和类型的试样，使用起来方便灵活，可有效解决薄板类材料在成形极限曲线测试、拉深性能检测等试验中试样无法对中导致试样提前开裂和得到的结果出现偏差的问题，为优化试验方法提供了重要的参考依据，同时极大地提高了检测的效率和准确性，节约了试验成本，具有很高的实用意义。
以下是正文：
