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[分享] 板料的力学性能与成形性能

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发表于 2017-12-17 09:51 | 显示全部楼层 |阅读模式

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汽车车身钣金件生产过程中,经常遇到一些不明具体原因的停台,我们将其中的一些归类为材料停台:比如说,这一拍料生产时很顺利,一换另一拍料板料就缩径拉裂;板料由一个厂家切换到另一个厂家,就一个劲的缩颈拉裂、四处开花。但是,我们并不清楚材料哪里出了问题。
我们明眼就能看出的板料问题:如板料脏、有杂物(灰尘、料屑、皮带上的杂物等)、板料锈蚀和夹杂、坑包和棱子。但是这和板料内部的性能并没有太大的关系。
那么,板料的力学性能包括哪些方面,它们具体指什么,与板料的成形有什么关系呢?
厂家提供的质量说明书中包含的内容有:①卷料的基本尺寸、重量;②化学成分;③室温拉伸试验得到的力学性能参数;④镀层重量。
其中,力学性能参数包括屈服强度(Yield Strength,87版国标为σs,2002版国标为ReL)、抗拉强度(Tensile Strength,87版国标为σb,2002版国标为ReM)、延伸率(Elongation,87版国标δ,现用国标为A)、垂直轧制方向的应变硬化指数(n)、塑性应变比(R,也叫厚向异性系数)这五个参数。
这些力学性能参数都是通过取垂直板材轧制方向取样后,进行单向拉伸试验后得到的。7 N5 v9 |" B) E2 G% g- k# p) G% `9 G( h$ B
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因此,在了解这些力学性能参数之前,先讨论一下拉伸试验是有必要的。进行拉伸试验后,可以得到载荷-行程曲线,经过转换后得到一条应力-应变曲线。应力的概念类似于压强,是指单位面积上力的大小。工程应变指试样在单位长度上的变形相对于原长度的百分比。下图是产生微量变形时的应力-应变曲线。板料在开始产生塑性变形前,先产生弹性变形。
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对于目前车间使用的钢板、铝板,均没有像低碳钢那样的屈服台阶,所以我们一般取产生0.2%应变时的应力为板料的屈服强度。我们把整个成形过程中的最大应力(也是缩颈开始产生时的应力)称为抗拉强度。断裂时试样的伸长比例,称为板料的延伸率。
屈服应力大小直接影响冲压力及成型后回弹量的大小。在相同工艺条件下,低的屈服强度板料成形后回弹量小,形状更稳定。对于汽车梁类零件(如纵梁),为保证零件有较高的安全预警性能,需要采用高屈服强度的材料,因而其表面则往往有波浪。
这里,需要提到一些关于应力-应变关系的假设。这些假设中,有一种认为,应力可以表达成应变的指数函数:
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从应力-应变曲线可以看出,应变越大,应力也越大。也就是说,要继续产生变形,需要给板料施加更大的力,因此可以说,材料变得更硬了。n就是衡量板料随着变形的产生变硬的程度的一个指数。
应变硬化指数(n)是评定板料伸长类成形性能的一个重要参数。一般n值越大,则材料的塑性越好,延伸率越大,拉伸失稳时的极限应变越大;一般n值越大,则材料的屈服应力越小。n值对复杂形状零件的成形也有较大的影响,在以胀形为主的成形工艺中,n值大的板料,成形性能好。对于胀形、扩孔、内凹曲线翻边等伸长类成形来说,可以在一次成形中获得较大的极限变形程度。

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当试样被拉长后,宽度变窄、厚度变薄。但是,宽度变窄的程度与厚度变薄的程度是否一样呢?我们用R值来表示这种变形的差异性:
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若R>1,说明宽度方向的变窄程度大于厚度方向的变薄程度,也就是说,板材受拉时不易变薄。
材料面内各向异性参数一般包括R0,R45,R90三个方向的各向异性参数。材料厚向(平均)各向异性参数=(R0+2R45+ R90)/4。厚向各向异性参数R越大,R0,R45,R90的差越小,材料拉深性能越好。软钢板的各向异性参数一般都比较大,最大可以到3.0;高强板的各异性能参数一般都比较小,小于1.0。
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