一种精准测定金属薄板成形极限最低点的方法

技术领域

本发明涉及一种精准测定金属薄板成形极限最低点的方法，属于金属材料性能检测领域。

背景技术

随着我国对节能减排要求的不断提高，汽车工业对轻量化的需求也日益提高，引领着汽车用钢向着更高强度、更高塑性及更高断裂韧性的方向发展，同时也要求汽车用钢能够满足更加复杂形状的冲压成形需求。精准评价汽车用钢的冲压性能是目前研究的重点和热点。如果对板材的冲压性能评价偏高，则会造成大量的冲压件开裂，延误工期；如果评价指标偏低，则选材时的设计裕度偏高，造成浪费。因此准确评价板材的冲压性能可极大的提高生产效率、降低生产成本和生产周期。

为了提高板材成形的预测精度，人们提出过很多种预测抵抗局部缩颈或破裂的能力的方法，目前最常用的评价板材成形性能的方法是成形极限图(FLC)。成形试验中不同试样的形状代表不同的应变路径，利用网格分析法得到每种试样开裂位置附近的最大主应变与相对应的次应变。标准GB/T24171.2《金属材料薄板和薄带成形极限曲线的测定》中规定根据极限应变在应变坐标系中的分布特征，将它们连成适当的曲线，即成形极限曲线。但是由于试样尺寸的限制，由实验点连接得到的曲线不一定达到材料成形极限的最低点，而成形极限最低点一般为平面应变或微双拉路径，对应冲压件的最容易出现局部缩颈或破裂的区域，因此本发明提出一种精准测定金属薄板成形极限最低点的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的弊端，提出一种精准测定金属薄板成形极限最低点的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种精准测定金属薄板成形极限最低点的方法，包含以下步骤：

(1)按照GB/T4156《金属材料薄板和薄带埃里克森杯突试验》制备试样，利用化学腐蚀法在试样上印制网格，并在成形试验机上完成相应的胀形试验；

(2)根据GB/T24171.2《金属材料薄板和薄带成形极限曲线的测定》测定各尺寸试样出现缩颈时的最大主应变和所对应的次应变，并将所有试验点连接，得到该材料的成形极限；

(3)找到成形极限的最小主应变值，去掉该点，并以该点为分界线，将原始试验点分为左侧部分和右侧部分；根据曲线左/右侧各点的分布规律和走势进行曲线拟合，找到方差R

(4)求出拟合得到的左侧曲线和右侧曲线的交点，即为该材料成形极限的最低点。

进一步地，本发明所述步骤(1)所述试样的长度为180mm，宽度为20mm-180mm。

进一步地，本发明步骤(1)所述试样每种尺寸至少各准备3个。

进一步地，本发明步骤(1)所述网格为边长为0.5mm-3mm的方形网格或者直径为φ0.5mm-φ3mm的圆形网格。

进一步地，本发明步骤(3)所述曲线拟合方法优先采用直线拟合、多项式拟合、指数拟合、对数拟合。

进一步地，本发明步骤(3)所述方差R

与现有方法相比，本发明的有益效果是：

本发明在现有成形极限曲线绘制方法的基础上，提出了一种精准测定金属薄板成形极限最低点的方法，可用于精准预测板材在冲压时的安全状况，避免了由于试样尺寸限制导致试验得到的成形极限值比实际值偏高。用原方法获得的成形极限预测材料冲压性能时精度不够，导致大量冲压件开裂的弊端；具有操作简单，实验量小，成本低，精度高。

附图说明

图1是实施例1试样胀形后；

图2是实施例1左侧曲线的拟合过程；

图3是实施例1右侧曲线的拟合过程；

图4是实施例1最终成形极限与原始数据对比图；

图5是实施例2左侧曲线的拟合过程；

图6是实施例2右侧曲线的拟合过程；

图7是实施例2最终成形极限与原始数据对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例和附图对本发明技术方案进行清晰的、完整的描述。显然，所表述的实施例是本发明一小部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

实施例1

本实施例为厚度为0.8mm，材质为DC53D+Z的成形极限最低点及成形极限图的测定方法，具体步骤如下：

(1)按照GB/T4156《金属材料薄板和薄带埃里克森杯突试验》，利用线切割的加工方式加工长度均为180mm，宽度分别为20mm-180mm的试样，每种试样准备三个；

利用化学腐蚀法在试样上印制尺寸为2mm×2mm的方形网格，并在成形试验机上完成所有的胀形试验，如图1所示；

(2)根据GB/T24171.2《金属材料薄板和薄带成形极限曲线的测定》测定各尺寸试样出现缩颈时的最大主应变和所对应的次应变，共有9个点，其中(0.047，0.401)为最低点，(-0.360，0.730)、(-0.280，0.694)、(-0.162，0.624)、(-0.061，0.508)、(-0.007，0.429)五个点位于曲线的左侧，(0.170，0.428)、(0.285，0.492)、(0.370，0.523)、(0.436，0.533)四个点位于曲线的右侧。

(3)去掉最低点(0.047，0.401)，将曲线左侧的(-0.360，0.730)、(-0.280，0.694)、(-0.162，0.624)、(-0.061，0.508)、(-0.007，0.429)五个点进行公式拟合。如果利用直线进行拟合，拟合得到的公式为ε

去掉最低点(0.047，0.401)，将曲线右侧的(0.170，0.428)、(0.285，0.492)(0.370，0.523)、(0.436，0.533)四个点进行公式拟合。如果利用直线进行拟合，拟合得到的公式为ε

(4)利用解二元二次方程组的方法求得曲线1：

(5)根据DC53D+Z-0.8mm材料的成形极限的曲线走势，取点(0.054，0.332)最为适合，因此DC53D+Z-0.8mm材料FLC曲线最低点的主应变为0.332，次应变为0.054，而实际试验得到的最低点的主应变为0.401，次应变为0.047，优化后的最低点的主应变较试验数据降低了17.2％。

(6)将加入的最低点加入成形极限曲线中，由此得到的DC53D+Z-0.8mm材料成形极限的最低点为(0.054，0.332)，曲线左侧的点分别为(-0.360，0.730)、(-0.280，0.694)、(-0.162，0.624)、(-0.061，0.508)、(-0.007，0.429)、(0.047，0.401)，曲线右侧的点分布为(0.170，0.428)、(0.285，0.492)、(0.370，0.523)、(0.436，0.533)，利用直线将这些点勾勒起来，就可以得到DC53D+Z-0.8mm材料的成形极限图，如图4所示。

实施例2

本实施例为厚度为0.8mm，材质为DP780的成形极限最低点及成形极限图的测定方法，具体步骤如下：

(1)按照GB/T4156《金属材料薄板和薄带埃里克森杯突试验》，利用线切割的加工方式加工长度均为180mm，宽度分别为20mm-180mm的试样，每种试样准备三个；

利用化学腐蚀法在试样上印制尺寸为2mm×2mm的方形网格，并在成形试验机上完成所有的胀形试验；

(2)根据GB/T24171.2《金属材料薄板和薄带成形极限曲线的测定》测定各尺寸试样出现缩颈时的最大主应变和所对应的次应变，共有9个点，其中(0.023，0.153)为最低点，(-0.125，0.368)、(-0.115，0.346)、(-0.089，0.324)、(-0.048，0.281)、(0.007，0.17)五个点位于曲线的左侧，(0.047，0.168)、(0.097，0.252)、(0.189，0.303)、(0.331，0.348)四个点位于曲线的右侧。

(3)去掉最低点(0.023，0.153)，将曲线左侧的(-0.125，0.368)、(-0.115，0.346)、(-0.089，0.324)、(-0.048，0.281)、(0.007，0.17)五个点进行公式拟合。如果利用直线进行拟合，拟合得到的公式为ε

去掉最低点(0.023，0.153)，将曲线右侧的(0.047，0.168)、(0.097，0.252)、(0.189，0.303)、(0.331，0.348)四个点进行公式拟合。如果利用直线进行拟合，拟合得到的公式为ε

将右侧四个点的数值利用拉格朗日插值公式

(5)确定左侧曲线与右侧曲线的交点坐标为(0.027，0.125)，该成形极限图的最低点为(0.027，0.125)，优化后得到最低点的主应变较试验数据降低了18.3％。

(6)将加入的最低点加入成形极限曲线中，由此得到的DC53D+Z-0.8mm材料成形极限的最低点为(0.027，0.125)，曲线左侧的点分别为(-0.125，0.368)、(-0.115，0.346)、(-0.089，0.324)、(-0.048，0.281)、(0.007，0.17)，曲线右侧的点分布为(0.047，0.168)、(0.097，0.252)、(0.189，0.303)、(0.331，0.348)，利用直线将这些点勾勒起来，就可以得到DC53D+Z-0.8mm材料的成形极限图，如图7所示。