冷轧薄板成型性能研究的内容和方法

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失效部位
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冲压不存在的状态
图４ 拉深成形
Ｆ ． Ｄ ｅ ｒ ｉ ｆ ｔｎ ｉ ４ ｅ犷ｄａ 眼 ｏ ｉ ｇ ｗ ａ ｍ ｒ ｏ
成形极限； 基本试验 ； 拟试验 模 关键词： 成形性能；
中图分类号： Ｂ ０． Ｔ３ １ ２
文献标识码 ： Ａ
文章编号 １０一 １（０７０一 ３一 ： ０１ ０２２０）５ ２２ ４ ４ ０ ０
ＴＨＥ Ｃ ＯＮＴＥ ＮＴＳＡＮＤ ＭＥ ＴＨ（ＤＳＯＦＴＨＥ ＲＥ Ｅ ＣＨ ＯＮ Ｃ 工 ） Ｓ ＡＲ ＯＬ 卜
Ａ 对成形性能有着更为直接的意义。在伸长类变 ｇ 形工序中， 例如翻孔、 扩口、 弯曲或胀形等，ｇ Ａ 愈大， 则极限变形程度愈大。另外体现薄板胀形性能的杯 突值也与Ａ 成正比 ｇ 关系。
２３ 应变硬化指数 ｎ ． 值 ｎ 值的直接物理意义是材料均匀变形的能力， ｎ 值大材料不易进人分散失稳， 材料应变强化的能力 强（ 即把变形从大应变处向小应变处转移的能力） ， 这对拉胀类和拉深类成形都是有利的； 值隐含的 ｎ 物理意义是整个变形区域上应变分布的均匀性。因 此在冲压以拉为主的零件时， 值大的材料， ｎ 厚度分 布均匀， 表面质量好， 不易产生裂纹， 成形性能好； ｎ 值小的材料， 零件的厚度分布不均， 表面粗糙， 易于 产生裂纹。 对于以压为主的变形方式（ 例如拉深）ｎ ， 值愈大， 变形区的变形抗力愈小， 传力区的抗拉强度 愈大， 有利于提高板材拉深性能。 ２４ 塑性应变比： ． 值 试样拉伸时， 长度延伸， 宽度和厚度都要收缩 （ 变窄和变薄）实际拉伸时宽度和厚度方向的收缩 ，
这种方法称为模拟试验。
３１ 杯突试验（ｒｈｅ 试验） ． Ｅｉ ｓ ｃ ｎ 杯突试验主要用于评估板材的拉胀性能， 其试 验指标为杯突值（Ｅ值） Ｉ 。试验时， ２ ｍ 用 ０ ｍ的球 形凸模， 压人夹紧在凹模与压边圈间的毛料， 使之成 形为半球鼓包， 直到毛料底部出现能透光的裂纹为 止， 将此时凸模的压人深度作为杯突试验指标， 称为
薄板
成形 基本成形性研究
拉伸试验、金相试验
硬度试验 杯突试验、拉深试验 扩孔试验、锥杯试验等
伸长率、 屈强比、 值和ｒ ｎ 值等试验指标。 （ 模拟成形性试验又称直接试验， ） ２ 试验时板 材的应力应变状态和变形情况与真实冲压成形时基 本相同， 提供仅反映一种成形特点的变形指标， 如杯 突值、 极限拉深比、 扩孔率和锥杯值等。 （） ３ 成形极限图（ｏｍｎ ｌｍｔ ａｒ ） Ｆｒ ｉ ｊ ｉＤ ｇａ 提供 ｇｉ ｉ ｍ 材料在不同应变组合状态下极限应变的描述。
伸 ， （ 数应 长率 应变 对 变） 图５ 单向拉伸试验获得的力学性能参数 Ｆ ． Ｔ ｅ ａ ｅ ｒｏｍ ｃａｉｌｒ ｅ ｉ ｆ ｍ ｔ ｉ ５ ｈ ｐｒ ｔ ｓ ｆ ｅ ｎ ａｐ ｐｒｅｏ ｅ ｌ ｇ ｍ ａ ｅ ｈ ｃ ｏ ｔｓ ｒ ａ
ｓｅｔ ｂａ ｅ ｒｍ ｔ ｓｅ ｅ ｉ ｉ ｔ ｔ ｇ ｈｅ ｏｔｎｄｆ ｉ ｏ ｅ ｌ ｓｎ ｎ
开始产生分散失稳变形（ 细颈） 时的伸长率； Ａ是断 后伸长率， 是拉伸试验破坏时的伸长率。一般情况 下， 冲压成形都在板材的均匀变形范围内进行， 所以
３ 冷轧薄板成形性能的模拟试验
基本成形性试验所提供的参数， 显然可以作为 定性评估板材成形性能的依据， 但依此评估板材在 总体上对某类工序变形的适应能力显得不够直接。 然而现实冲压工序极其复杂多样， 所以只能选择一 些典型的成形工序， 试验求得板材在这类工序中的 极限变形程度， 并评估板材对这类工序的适应能力，
（ 基本成形性试验也称间接试验， ） １ 试验时板 材的受力情况与变形特点都与实际冲压成形有一定 差别， 所得结果只能间接地反映薄板的成形性能， 如
０ ６０ 一 ６ 收稿 日期 ２ ０ 一 ６ １
作者简介 赵广东（９４ ， 工程师， １６ 一）男， 工学硕士。
・２ ２ ・ ３
皱和破裂是成形过程中的两种极限形式， 拉伸导致 破裂， 压缩导致起皱， 成形极限可用“ 发生起皱或破 裂之前材料能承受的最大变形程度” 来表示。冷轧
指标可以 性地分析 定 评估薄板的 成形性能。 强度指
标愈高， 产生相同变形量所需的外力就愈大； 塑性指 标愈高， 成形时的极限变形量就愈大； 弹性模量愈
大， 成形后零件的回弹量就愈小。
Ｆ， ｍＲ，
只 侧 ．只
失效部位
图３ 胀形成形
Ｆｇ ｉ ．３ Ｂ ｌ ｆ ａｏ ｕ ｅｏ ｔｎ ｇ ｒ ｉ ｍ
赵东 板 能 的 和 广 、二 成 研 内 方 、 究容法
以ｒ 时， ＞１ 板平面方向容易变形。 在复杂形状的曲面零件拉深成形时， 毛坯中间 部分在拉应力作用下厚度方向上变形困难， 即变薄 量小， 而在板料平面内与拉应力相垂直的方向上的 压缩变形比 较容易， 结果使毛坯中间部分起皱的趋 势降低， 有利于冲压加工的进行。 另外， 用薄板凸耳参数 △ 来表示板料平面内 ｒ 不同方向上塑性应变比的差值：
（ ４。 图 ）
变形性能、 晶粒度、 硬度和表面粗糙度。为获得上述 指标而进行的试验称为薄板的基本性能试验， 如拉 伸、 金相和硬度试验等， 下面重点介绍单向拉伸试验
获得的性能指标。
通过单向拉伸试验， 可以取得薄板在强度、 刚度 和塑性等方面的力学性能信息（ ５， 图 ）如屈服强度、 抗拉强度、 屈强比、 弹性模量、 伸长率、 断面收缩率以 及细颈点应变〕 （ 或称均匀伸长率） 通过这些性能 等，
图 ２ 薄板成形中可能存在的应变状态
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实际冲压成形时， 冷轧薄板的毛料边部由压边 圈夹持， 在凸、 凹模的共同作用下， 使薄板毛料向凹 模移动产生塑性变形， 将平板加工成所需形状的零 件。 胀形成形时， 薄板毛料的边缘被牢牢紧固， 只有 凸模区域的金属变形， 断裂可以在各处发生， 取决于 材料和成形条件（ ）； 图３ 拉深成形时， 薄板毛料的边 缘没有固定， 凸缘被拉人凹模内形成平底杯， 杯底金 属无 变 形， 断裂 常 在 凸模 圆角 处 或侧 壁 发 生
性能
研究 方法
模拟成形性研究
１ 冷轧薄板成形性能研究的内容
冷轧薄板的加工性能又可称为冲压性能， 一般 包括冲剪性和成形性两个方面。冲剪性是薄板适应 各种分离加工的能力， ％一９％薄板的毛料是冲 ０ ８ ０ 剪而成的； 成形性是薄板适应各种成形加工的能力， 大多数薄板零件都需要成形， 使毛料获得所需要的 形状， 并且当载荷卸去后能够保持已获得的形状。 其中成形性是研究薄板加工性的中心环节。
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成形性能是指薄板对各种冲压成形的适应能 力， 即薄板在指定加工过程中产生塑性变形而不失 效的能力。成形性能研究的重点是成形极限的大 小， 也就是薄板发生破裂前能够获得的最大变形程 度。研究成形性能的主要方法如图 １ 所示。
薄板在成形过程中很容易失稳起皱， 实际生产中起 皱可用压边圈（ 或类似的机械夹持） 来预防， 因此真 正起作用的极限是破裂， 故研究成形中材料抵抗拉 伸失稳破裂的能力是主要的。 薄板成形时的应变状态如图 ２ 所示， 可用胀形 和压延两种形式概括， 对应于失稳就是颈缩和 起皱。
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成形性研究中最重要的是成形极限的分析。起
成形极限研究 卜 一 胀形试验 、成形极限图
图 １ 冷轧薄板成形性能研究方法 Ｆｇ ｉ ．Ｉ Ｔ ｅ ｅｅｒ ｅ ｏｓ ｎｆｒ ａｉ ｙ ｈ ｒ ａｃ ｔ ｄ ｏ ｏ ｂｉ ｓ ｈｍ ｈ ｍ ｌ ｔ
ｏ ｔｅｃｌ一 ｌ ｄｓ ｅｔ ｆ ｈ ｏｄｒ ｌ ｈ ｅ ｏ ｅ
Ｊ Ｅ值（ 杯突值） Ｅ值与ｎ 。Ｉ 值有很好的相关性。 杯
突试验时， 试样的应力和变形特点与局部胀形时相
同， 所以Ｉ Ｅ值能够反映胀形类成形时的冲压性能。 ３２ 拉深试验 ． 薄板拉深试验的成形性能指标是极限拉深比 Ｌ Ｒ Ｌ Ｒ可以综合反映出在拉深的变形区和传力 Ｄ ，Ｄ 区不同受力条件下薄板成形性能。求 Ｌ Ｒ的主要 Ｄ 方法为 Ｓ ｉ 试验法： ｗｆ ｔ 用不同直径的圆形毛坯（ 直径
２ 冷轧薄板成形的力学性能指标
设计冷轧薄板制件及对制件进行冲压成形时， 需要对冷轧薄板的 ５ 项性能指标提出要求， 即强度、
２ １ 屈强比 ． 无论是伸长类或压缩类变形， 其屈强比愈小， 则
・２ ３ ・ ３
蔡 、 ，
成形极限愈高， 成形性能愈好。例如在拉深时， 如果 薄板的屈服强度低， 则变形区的切向应力就小， 材料 失稳起皱的趋势也就小， 所以防止起皱所需的压边 力和需要克服的摩擦力也相应减小， 这就降低了总 的变形力， 减小了传力区的载荷； 而抗拉强度的提 高， 则增强了传力区的抗拉能力， 结果对提高极限变 形程度有利。 在胀形、 拉弯等工序中， 屈服强度的降低可相应 地减小张紧毛坯的拉力， 从而减小毛坯拉断的可能 性， 提高变形过程的稳定性。 在弯曲工序中， 屈服强度低则卸载后回弹变形 小， 对提高弯曲零件的尺寸精度是有利的。
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试脸技 术与方法
。、 ＲＡ Ｙ Ｅ ｃ Ｐ ：Ｈ Ｔ ． Ｔ （Ｔ Ｐ ． Ｔ Ａ ｓｓ ）
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造 翔
冷轧薄板成形性能研究的内容和方法
赵广东， 康海军， 吕忠萍
（ 本溪钢铁公司 技术中心， 本溪 １７０ １００ ）
摘 要： 介绍了冷札薄板成形性能研究的重点是成形极限， 叙述成形性研究的基本试验和模拟 试验方法， 分析由这些试验获得的指标参数在评估冷札薄板成形性能方面的作用。
少 ＝ （ 」 场 一２ ）２ ｏ ｒ 一。 ｒ／ ０
△ 的 值愈大， 板面内 异性愈严重， ：数 各向 表现
在拉深件边沿不齐， 形成凸耳， 影响零件的成形质 量。因此生产中应尽量设法降低板材的 △ 值。 ｒ
２２ 均匀伸长率（： ． Ａ） 和伸长率（） Ａ Ａ 是最大力（ 非比例伸长率， 凡 ） ｇ 是拉伸试验