板料的力学性能与成形性能

青华小福

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。
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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。

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：

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：

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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