6061铝合金冲压成形性能试验研究
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４ ．结论
综上所述，消防应急广播系统的设计由 于建筑的空间尺度、壁面声学条件等因素差 异较大，其声源系统的布局与设备选型必然受 到很大影响，因此设计的重点在于：首先应明 确建筑空间多声源作用下声场的基本特性，然 后找出空间内部对声场语言清晰度产生影响的 主要因素，在此基础上可以通过理论研究结合 仿真模拟的方法分析各影响因素下声学指标的 变化规律，以便归纳总结出最优化的应急广播 系统声学设计方案，最后以清晰、概括的形式 给出用于实践工程的具体设计方法。
４ ． 结论
（１）６０６１ 铝合金具有较好的成形性能， 这种板材在单向拉伸过程中受到双向非均匀应 力，容易产生应力集中敏感，发生脆性断裂， 但是在杯突胀形过程中双向应力均匀扩展，成 形性比较好。所以在采用６０６１ 铝合金板材作 成形性工艺分析时，要尽量避免出现双向非均 匀应力的情况。
（２）６０６１铝合金板材在拉伸过程中的强化 段由于局部松弛产生负荷波动，容易导致试 样表面上形成类似滑移带的形变花纹而损害产 品的外观，所以采用该材料作汽车表面件 时，必须增大均匀变形量以避免出现锯齿形 负荷。
引言
汽车工业的发展面临着能源，环保和安 全这三大课题越来越严峻的挑战。因此，减 轻汽车自重以降低能耗成为各大汽车厂关注的 焦点。而减轻汽车自重的关键是使用轻质材 料。其中铝及其合金由于具有资源丰富，质 量轻，弹性好，比强度和比刚度高，抗冲 击性能好，良好的加工成形性等一系列优良 特性，成为汽车轻量化最理想的材料。
良好的塑性，在热态和冷态都易于加工成 型， 因而具有很好的综合性能。常用于制造 中等载荷零件、形状复杂锻件，在航空、船舶 和汽车等领域有广泛的应用［１］。本文通过力 学性能试验、杯突试验和计算机仿真技术研究 了 ６０６１ 铝合金的成形性能，得出了影响成形 的基本参数；并对比分析了 ６０６１ 铝合金与 ６０１０ 铝合金板材在成形性能的差异，为铝合 金在汽车领域的开发与应用提供一定的指导。
２．２ 扫描断口形貌分析 铝合金的拉伸断裂形式一般分为三种， 即滑移常开裂、沿晶开裂和韧窝型开裂。滑移 常开裂多发生于高纯铝合金；工业铝合金由于 含有一定量的夹杂相和弥散相，一般发生韧窝 型开裂；沿晶开裂则取决于合金的成分和时效 状态。铝合金中加入 Ｍｎ 或 Ｃｒ 等弥散相形成 元素，合金组织中引入一定体积分数的弥散 相，则使合金的沿晶开裂倾向显著降低［ ５ ］ 。 ６０６１铝合金拉伸试样断口形貌的扫描电镜图 如图 ２ 所示，断口形貌分析表明， ６０６１ 铝
有限元分析计算过程结束后，根据成形 极限图，选择最先可以直观地看到红色破裂区 域的一帧。图 ３－１，３－２ 所示为 ６０６１ 铝合金 的成形极限图和板料位移图。
图 ３－１ 成形极限图
图 ３－２ 板料位移图 成形极限图和板料位移图均为最先可以 直观地看到红色破裂区域的一帧，由此可以测 得ＩＥ值为９．８７。模拟所得的ＩＥ值与帧数有关， 帧数越多，ＩＥ 值越接近真实。通过杯突模拟 和实验的结果比较发现： １）成型件与数字模型的相对比，可发现发 生破裂的地方比较接近。 ２） 两者测得ＩＥ值比较：模拟的ＩＥ值为９． ８７，而试验的 ＩＥ 值为 ８．１２，两者比较接近。
６０６１ 铝合金属于 Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ 系，是 一种典型的可变形热处理铝合金，具有良好 的加工，焊接性能、抗蚀性，中等强度和
图 １ ６０６１ 的室温工程应力一应变曲线 应变硬化指数 ｎ 表示在塑性变形中材料
硬化的程度，它在成形中的作用是：当板材 某点应力较其邻近部分大时，其较大的应变 由于应变强化，增加了抵抗进一步变形的能 力，故有将变形转移到邻近部分的作用，延 缓了该点缩颈的出现，使较大的板面有更为
Ｓ ＝ Ｋ ·Ｅ ｎ （ １ ） 式中 Ｓ —真实应力，Ｓ＝ σ（１＋ ξｉ）； σ为名义应力 Ｅ —真实应变，Ｅ＝ｌｎ（１＋ ξｉ）； ξ为相对 延伸率 Ｋ－ 强度系数 对式（１ ）两边取对数，得：ｌ ｏ ｇ （ Ｓ ） ＝ｌｏｇ（Ｋ）＋ｎ×ｌｏｇ（Ｅ） 根据国标 ＧＢ５０２８ — ８５ 的规定，可按下 式采用线性回归方法计算 ｎ 值
式中 Ｘｉ＝ｌｏｇＥｉ；Ｙｉ＝ｌｏｇＳｉ；Ｎ－ 参加回 归计算的真实应力和应变的个数
６０６１和６０１０铝合金板材的力学性能数据 见表 １。试验结果表明，６０６１ 铝合金的屈服 强度比 ６０１０ 高出近 ５０ＭＰａ；抗拉强度比６０１０ 低出 ８ ６ Ｍ Ｐ ａ；但是 ６０６１ 的均匀伸长率和断 后伸长率均接近于 ６ ０ １ ０ 铝合金，且 ｎ 值比 ６０１０ 高。通过这些性能指标可以定性地分析 与评估 ６０６１ 铝合金板的成形性能。在单向拉 伸试验还发现 ６ ０ ６ １ 铝合金具有以下特点： （１）没有明显的细颈现象，对应力集中敏感， 一旦出现裂纹，裂纹即迅速扩展、断裂； （２）进行拉伸试验时，会在负荷一位移曲线上 产生负荷波动（锯齿形）。锯齿形是通过溶质 原子和位错之间相互作用产生的 ［４］。 表 １ ６０６１ 和 ６０１０ 铝合金的拉伸性能参数
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说，较高的直达声是保障，因此对于天花或 吊顶不是很高的空间，基于安装方便及便于 隐蔽等原因可以考虑天花式扬声器。而如果 空间高度较大时，则应考虑将扬声器安装在 侧墙或柱子上，并适当控制安装高度，尽量 减小扬声器和听众的直达距离，以获得较高 的声场质量。
同时，根据《火灾自动报警系统设计规 范》（Ｇ Ｂ ５ ０ １ １ ６ － ２ ０ ０ ７ ）中对火灾应急广 播系统的规定，“设置在民用建筑公共场所 内的扬声器，每个额定功率不应小于 ３ Ｗ， 其数量应能保证从一个防火分区的任何部位到 最近一个扬声器的距离不大于 ２５ｍ，走道内 最后一个扬声器至走道末端的距离不应大于 １２．５ｍ；在环境噪声大于 ６０ｄＢ 的场所设置的 扬声器，在其播放范围内最远点的播放声压 级应高于背景噪声 １ ５ ｄ Ｂ”。可以看出，在 规范中虽然部分地考虑了声场内信噪比的问 题，但总体来说并没有从专业的声学角度出 发做出相应的详细规定，尤其是对于建筑的 具体功能、空间尺度、乃至扬声器性能等广 播系统语言清晰度的主要影响因素均未有相应 规定。
１．试验方法
用 ６０６１ 铝合金 １．０ｍｍ厚冷轧板作为实验 材料。按 ＧＢ ／Ｔ １６８６５ — １９９７ 沿板材轧制 方向制取拉伸试样，在室温条件下，单向拉伸 试验按照 ＧＢ ／Ｔ ２２８ — １９８７ 在 ＷＤＷ－１００ 型微机控制电子式万能试验机上进行；应变硬 化指数 ｎ 的测定方法按照 ＧＢ５０２８ 进行；使用 ＪＳＭ－６７００Ｆ 型场发射扫描电镜（日本电子）对 拉伸试样的断口形貌进行观察；使用 ＧＢＳ－６０ 型数显半自动杯突实验机对６０６１铝合金板进 行杯突试验，具体样品尺寸、模具规格、试 验条件、数据处理等均分别按照国家标准 ＧＢ４１５－８４ 规定要求进行。
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合金断口属于混合型断口， 表面存在大量韧 窝，只有少量的沿晶开裂。断口表面的韧窝 呈现出一定的方向性，为撕裂韧窝，体现出 良好的韧性断裂特征，说明其具有良好的塑 性。
图 ２ ６０６１ 铝合金单向拉伸试样断口形貌 ２．３ 杯突试验 杯突试验是评价材料胀形性能的模拟试
验。在试验过程中压边力始终恒定为 １０ｋＮ。在杯突试验中，杯突值 Ｉ Ｅ 越大，材 料的胀形性能越好。通过试验得到 ６０６１ 铝合 金的 ＩＥ 值为 ８．１２，低于 ６０１０－Ｔ４ 铝合金的 ＩＥ 值 ９．１０［２］。说明６０６１铝合金胀形成形性能比 ６０１０－Ｔ４ 稍差一些。
２．结果分析与讨论
２．１常温力学性能试验 薄板的单向拉伸试验是获得研究板料机 械性能数据的最基本、也是最重要的试验方 法。一般，σ 小的材料容易屈服，即材料
０．２
在较小的应力下就容易流动，成形后回弹小， 贴模性和定形性较好；σ 愈大，冲压成形时
ｂ
零件危险断面的承载能力愈高，其变形程度愈 大。在材料与成形性能有关的其他性能大致相 同时，σｂ 大的材料，其综合成形性能好。而 材料的屈强比σ０．２／σｂ 则反映了材料从发生 塑性变形到断裂时的变形能力。屈强比σ０．２／ σ ｂ 的值越小，板材由屈服到破裂的塑性变 形阶段长，抗破裂性好；δｇｔ 表示板料产生均 匀的或称稳定的塑性变形的能力，它直接决定 板材在伸长类变形中的冲压性能。δｇｔ 值越 大，材料塑性变形的能力也越好。试验得到的 ６０６１ 铝合金的工程应力——应变曲线如图 １ 所示。
参考文献 ［ １ ］ 夏东海，王海燕，夏朝晖，李天立． 消防应急广播系统的性能化设计［Ｊ］． 消防科 学与技术． ２ ０ ０ ２ （ ０ ４ ） ［ ２ ］ 编委会． 现代智能建筑系统设计、施工技 术与工程图集［ Ｍ ］ ． 北京：中国建筑出版社． ２００５ （卷 ２ ） ［３］王铭珍． 公共场所的火灾应急广播设计 ［Ｊ］． 安全．２００３（２４） ［４ ］ 孙建京．现代音响工程［ Ｍ ］ ． 北京：人民邮 电出版社． ２ ０ ０ ８ ［ ５ ］ 沈勇，欧达毅，安康． 改善扬声器阵列 辐射特性的几种方法［Ｊ］． 电声技术．２００７（０７） ［６ ］沈勇，江超． 扬声器线阵列分析［Ｊ］． 电 声技术． ２ ０ ０ ４ （ １ ２ ） 作者简介 孙涛（ 男） ，哈尔滨人，１ ９ ７ ２ 年出生，现 职称：高级工程师，研究方向：建筑电气设 计。
（３）比较杯突过程的模拟和试验的结果可 以看出两者匹配较好，所以可以用模拟来验证 试验并进一步指导试验，为铝合金板材冲压工 艺的改善、模具设计和有限元仿真的研究提供 了试验依据。
参考文献 ［ １ ］ 王祝堂． 国际协定牌号的加工纯铝及加工 铝合金． 轻合金加工技术． １ ９ ９ ６ ，２ ４ （ ４ ）：２ ４ － ２７ ［ ２ ］陈叙． 汽车车身嵌板用铝合金板成形特征． １９９４，１７（３）：２０－３２ ［ ３ ］ 陈林，汪凌云，卢志文． Ａ Ｚ ３ １ Ｂ 镁合金 板材冲压成形性能研究． 轻合金加工技术． ２００６，３４（１）：３１－５４ ［４］张唯敏．时效处理对 ６０６１ 铝合金锯齿形的 影响． 国外金属热处理．２００３，２４（３）：１０－ １４ ［ ５ ］ 张新梅，郝丽华，蒋大鸣，庞振民． Ａｌ＿Ｍｇ＿Ｓｉ 合金拉伸断口研究．材料工程．１９９６ ， （ ３ ）：３ ５ － ３ ６ ［６］李敬勇， 林铸明， 赵勇． 舟桥结构用铝合 金力学性能研究． 华东船舶工业学院学报 （自然科学版）．２００４，１８（６）：８１－８５ ［７］ Ｍａｒｋ Ｃｏｌｇａｎ， Ｊｏｈｎ Ｍｏｎａｇｈａｎ． ｄｅｅｐ ｄｒａｗｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ： ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，１３２：３５－４１ ［８］ ＩＫ Ｈ Ｗａｇｏｎｅｒ． ＦＵＮＤＡＭ ＥＮＴＡＬ ＡＳＰＥＣＴＳ ＯＦ ＳＰＲＩＮＧＢＡＣＫ ＩＮ ＳＨＥＥＴ ＭＥＴＡＬ ＦＯＲＭＩＮ Ｇ， ＮＵＭ ＩＳＨＥＥＴ２００２，Ｖｏ１，１，２００２：１３－２４ 作者简介 武晋（１ ９ ８ ２ —），男，天津人，助教，硕士 学位，主要从事模具开发及 Ｃ Ａ Ｅ 方向的研 究。
均匀的应变。以拉为主的零件成形时，ｎ 值 小的材料，由于变形不均匀，变形大的部位又 不能迅速硬化，易于产生裂纹；ｎ 值大的材料 则相反，促使各部位变形趋于均匀，还可改善 胀形成形极限。以压为主的零件成形时，ｎ 值 大的材料，应变均化能力强，危险断面的承载 能力高［３］。
应变硬化指数 ｎ 值是影响板料的变形力 及其成形极限的一个重要性能指标，这也是 本次试验研究的主要内容之一。根据国标 ＧＢ５０２８ — ８５ 的规定，其计算过程如下：
３ 杯突试验的模拟
根据杯突试验国家标准 ＧＢ４１５－８４ 中的 模具规格、样品尺寸和试验条件，利用 Ｕ Ｇ 软件获得曲面模型。该模型中凸模、凹模和 压边圈和坯料的有限元网格是用有限元分析软 件的自动生成网格命令生成的。在有限元分 析软件中定义凸模、凹模和压边圈等冲压工 具以及毛坯，并调整它们间的相对位置；定义 拉延和接触类型、摩擦系数、冲压速度和压边 力等工艺参数；给毛坯赋予材料和特性数据。 模拟过程中使用的是 ６０６１ 铝合金板材，厚度 为 １．０ｍｍ。模拟过程中的工艺参数：弹性模量 Ｅ 为 ７５ＧＰａ，泊松比γ为 ０．３１３５［６］。模拟中 涉及的其他材料性能参数见表１。
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１１．１３．０５７
６０６１ 铝合金冲压成形性能试验研究
武晋 天津中德职业技术学院机械工程系，天津 ３００１９１
Baidu Nhomakorabea
摘 要 利用电子万能试验机、扫描电镜等手段， 对 ６０６１ 铝合金板材的拉伸性能进行了研究，并 与６０１０铝合金的各项力学性能参数进行了比 较；利用拉伸试验所测的力学性能参数，用板 料成形有限元分析软件 －－Ｄｙｎａｆｏｒｍ 对 ６０６１ 铝 合金的杯突过程进行仿真，并与真实的杯突 试验进行了比较，分析了 ６０６１ 铝合金薄板的 冲压成形性能。结果表明：６０６１ 铝合金的屈 服强度σ ｓ 和极限强度σ ｂ 与 ６０１０ 铝合金有 一定的差距，但是均匀延伸率δ与 ６０１０ 铝合 金相当；仿真所得的杯突值ＩＥ与实际的相近。 因此６０６１ 铝合金具有较好的成形性能，能代 替 ６０１０ 铝合金板材应用于汽车的一些领域。 关键词 汽车轻量化； ６０６１ 铝合金； 成形性能； 杯突 试验
综上所述，消防应急广播系统的设计由 于建筑的空间尺度、壁面声学条件等因素差 异较大，其声源系统的布局与设备选型必然受 到很大影响，因此设计的重点在于：首先应明 确建筑空间多声源作用下声场的基本特性，然 后找出空间内部对声场语言清晰度产生影响的 主要因素，在此基础上可以通过理论研究结合 仿真模拟的方法分析各影响因素下声学指标的 变化规律，以便归纳总结出最优化的应急广播 系统声学设计方案，最后以清晰、概括的形式 给出用于实践工程的具体设计方法。
４ ． 结论
（１）６０６１ 铝合金具有较好的成形性能， 这种板材在单向拉伸过程中受到双向非均匀应 力，容易产生应力集中敏感，发生脆性断裂， 但是在杯突胀形过程中双向应力均匀扩展，成 形性比较好。所以在采用６０６１ 铝合金板材作 成形性工艺分析时，要尽量避免出现双向非均 匀应力的情况。
（２）６０６１铝合金板材在拉伸过程中的强化 段由于局部松弛产生负荷波动，容易导致试 样表面上形成类似滑移带的形变花纹而损害产 品的外观，所以采用该材料作汽车表面件 时，必须增大均匀变形量以避免出现锯齿形 负荷。
引言
汽车工业的发展面临着能源，环保和安 全这三大课题越来越严峻的挑战。因此，减 轻汽车自重以降低能耗成为各大汽车厂关注的 焦点。而减轻汽车自重的关键是使用轻质材 料。其中铝及其合金由于具有资源丰富，质 量轻，弹性好，比强度和比刚度高，抗冲 击性能好，良好的加工成形性等一系列优良 特性，成为汽车轻量化最理想的材料。
良好的塑性，在热态和冷态都易于加工成 型， 因而具有很好的综合性能。常用于制造 中等载荷零件、形状复杂锻件，在航空、船舶 和汽车等领域有广泛的应用［１］。本文通过力 学性能试验、杯突试验和计算机仿真技术研究 了 ６０６１ 铝合金的成形性能，得出了影响成形 的基本参数；并对比分析了 ６０６１ 铝合金与 ６０１０ 铝合金板材在成形性能的差异，为铝合 金在汽车领域的开发与应用提供一定的指导。
２．２ 扫描断口形貌分析 铝合金的拉伸断裂形式一般分为三种， 即滑移常开裂、沿晶开裂和韧窝型开裂。滑移 常开裂多发生于高纯铝合金；工业铝合金由于 含有一定量的夹杂相和弥散相，一般发生韧窝 型开裂；沿晶开裂则取决于合金的成分和时效 状态。铝合金中加入 Ｍｎ 或 Ｃｒ 等弥散相形成 元素，合金组织中引入一定体积分数的弥散 相，则使合金的沿晶开裂倾向显著降低［ ５ ］ 。 ６０６１铝合金拉伸试样断口形貌的扫描电镜图 如图 ２ 所示，断口形貌分析表明， ６０６１ 铝
有限元分析计算过程结束后，根据成形 极限图，选择最先可以直观地看到红色破裂区 域的一帧。图 ３－１，３－２ 所示为 ６０６１ 铝合金 的成形极限图和板料位移图。
图 ３－１ 成形极限图
图 ３－２ 板料位移图 成形极限图和板料位移图均为最先可以 直观地看到红色破裂区域的一帧，由此可以测 得ＩＥ值为９．８７。模拟所得的ＩＥ值与帧数有关， 帧数越多，ＩＥ 值越接近真实。通过杯突模拟 和实验的结果比较发现： １）成型件与数字模型的相对比，可发现发 生破裂的地方比较接近。 ２） 两者测得ＩＥ值比较：模拟的ＩＥ值为９． ８７，而试验的 ＩＥ 值为 ８．１２，两者比较接近。
６０６１ 铝合金属于 Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ 系，是 一种典型的可变形热处理铝合金，具有良好 的加工，焊接性能、抗蚀性，中等强度和
图 １ ６０６１ 的室温工程应力一应变曲线 应变硬化指数 ｎ 表示在塑性变形中材料
硬化的程度，它在成形中的作用是：当板材 某点应力较其邻近部分大时，其较大的应变 由于应变强化，增加了抵抗进一步变形的能 力，故有将变形转移到邻近部分的作用，延 缓了该点缩颈的出现，使较大的板面有更为
Ｓ ＝ Ｋ ·Ｅ ｎ （ １ ） 式中 Ｓ —真实应力，Ｓ＝ σ（１＋ ξｉ）； σ为名义应力 Ｅ —真实应变，Ｅ＝ｌｎ（１＋ ξｉ）； ξ为相对 延伸率 Ｋ－ 强度系数 对式（１ ）两边取对数，得：ｌ ｏ ｇ （ Ｓ ） ＝ｌｏｇ（Ｋ）＋ｎ×ｌｏｇ（Ｅ） 根据国标 ＧＢ５０２８ — ８５ 的规定，可按下 式采用线性回归方法计算 ｎ 值
式中 Ｘｉ＝ｌｏｇＥｉ；Ｙｉ＝ｌｏｇＳｉ；Ｎ－ 参加回 归计算的真实应力和应变的个数
６０６１和６０１０铝合金板材的力学性能数据 见表 １。试验结果表明，６０６１ 铝合金的屈服 强度比 ６０１０ 高出近 ５０ＭＰａ；抗拉强度比６０１０ 低出 ８ ６ Ｍ Ｐ ａ；但是 ６０６１ 的均匀伸长率和断 后伸长率均接近于 ６ ０ １ ０ 铝合金，且 ｎ 值比 ６０１０ 高。通过这些性能指标可以定性地分析 与评估 ６０６１ 铝合金板的成形性能。在单向拉 伸试验还发现 ６ ０ ６ １ 铝合金具有以下特点： （１）没有明显的细颈现象，对应力集中敏感， 一旦出现裂纹，裂纹即迅速扩展、断裂； （２）进行拉伸试验时，会在负荷一位移曲线上 产生负荷波动（锯齿形）。锯齿形是通过溶质 原子和位错之间相互作用产生的 ［４］。 表 １ ６０６１ 和 ６０１０ 铝合金的拉伸性能参数
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说，较高的直达声是保障，因此对于天花或 吊顶不是很高的空间，基于安装方便及便于 隐蔽等原因可以考虑天花式扬声器。而如果 空间高度较大时，则应考虑将扬声器安装在 侧墙或柱子上，并适当控制安装高度，尽量 减小扬声器和听众的直达距离，以获得较高 的声场质量。
同时，根据《火灾自动报警系统设计规 范》（Ｇ Ｂ ５ ０ １ １ ６ － ２ ０ ０ ７ ）中对火灾应急广 播系统的规定，“设置在民用建筑公共场所 内的扬声器，每个额定功率不应小于 ３ Ｗ， 其数量应能保证从一个防火分区的任何部位到 最近一个扬声器的距离不大于 ２５ｍ，走道内 最后一个扬声器至走道末端的距离不应大于 １２．５ｍ；在环境噪声大于 ６０ｄＢ 的场所设置的 扬声器，在其播放范围内最远点的播放声压 级应高于背景噪声 １ ５ ｄ Ｂ”。可以看出，在 规范中虽然部分地考虑了声场内信噪比的问 题，但总体来说并没有从专业的声学角度出 发做出相应的详细规定，尤其是对于建筑的 具体功能、空间尺度、乃至扬声器性能等广 播系统语言清晰度的主要影响因素均未有相应 规定。
１．试验方法
用 ６０６１ 铝合金 １．０ｍｍ厚冷轧板作为实验 材料。按 ＧＢ ／Ｔ １６８６５ — １９９７ 沿板材轧制 方向制取拉伸试样，在室温条件下，单向拉伸 试验按照 ＧＢ ／Ｔ ２２８ — １９８７ 在 ＷＤＷ－１００ 型微机控制电子式万能试验机上进行；应变硬 化指数 ｎ 的测定方法按照 ＧＢ５０２８ 进行；使用 ＪＳＭ－６７００Ｆ 型场发射扫描电镜（日本电子）对 拉伸试样的断口形貌进行观察；使用 ＧＢＳ－６０ 型数显半自动杯突实验机对６０６１铝合金板进 行杯突试验，具体样品尺寸、模具规格、试 验条件、数据处理等均分别按照国家标准 ＧＢ４１５－８４ 规定要求进行。
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合金断口属于混合型断口， 表面存在大量韧 窝，只有少量的沿晶开裂。断口表面的韧窝 呈现出一定的方向性，为撕裂韧窝，体现出 良好的韧性断裂特征，说明其具有良好的塑 性。
图 ２ ６０６１ 铝合金单向拉伸试样断口形貌 ２．３ 杯突试验 杯突试验是评价材料胀形性能的模拟试
验。在试验过程中压边力始终恒定为 １０ｋＮ。在杯突试验中，杯突值 Ｉ Ｅ 越大，材 料的胀形性能越好。通过试验得到 ６０６１ 铝合 金的 ＩＥ 值为 ８．１２，低于 ６０１０－Ｔ４ 铝合金的 ＩＥ 值 ９．１０［２］。说明６０６１铝合金胀形成形性能比 ６０１０－Ｔ４ 稍差一些。
２．结果分析与讨论
２．１常温力学性能试验 薄板的单向拉伸试验是获得研究板料机 械性能数据的最基本、也是最重要的试验方 法。一般，σ 小的材料容易屈服，即材料
０．２
在较小的应力下就容易流动，成形后回弹小， 贴模性和定形性较好；σ 愈大，冲压成形时
ｂ
零件危险断面的承载能力愈高，其变形程度愈 大。在材料与成形性能有关的其他性能大致相 同时，σｂ 大的材料，其综合成形性能好。而 材料的屈强比σ０．２／σｂ 则反映了材料从发生 塑性变形到断裂时的变形能力。屈强比σ０．２／ σ ｂ 的值越小，板材由屈服到破裂的塑性变 形阶段长，抗破裂性好；δｇｔ 表示板料产生均 匀的或称稳定的塑性变形的能力，它直接决定 板材在伸长类变形中的冲压性能。δｇｔ 值越 大，材料塑性变形的能力也越好。试验得到的 ６０６１ 铝合金的工程应力——应变曲线如图 １ 所示。
参考文献 ［ １ ］ 夏东海，王海燕，夏朝晖，李天立． 消防应急广播系统的性能化设计［Ｊ］． 消防科 学与技术． ２ ０ ０ ２ （ ０ ４ ） ［ ２ ］ 编委会． 现代智能建筑系统设计、施工技 术与工程图集［ Ｍ ］ ． 北京：中国建筑出版社． ２００５ （卷 ２ ） ［３］王铭珍． 公共场所的火灾应急广播设计 ［Ｊ］． 安全．２００３（２４） ［４ ］ 孙建京．现代音响工程［ Ｍ ］ ． 北京：人民邮 电出版社． ２ ０ ０ ８ ［ ５ ］ 沈勇，欧达毅，安康． 改善扬声器阵列 辐射特性的几种方法［Ｊ］． 电声技术．２００７（０７） ［６ ］沈勇，江超． 扬声器线阵列分析［Ｊ］． 电 声技术． ２ ０ ０ ４ （ １ ２ ） 作者简介 孙涛（ 男） ，哈尔滨人，１ ９ ７ ２ 年出生，现 职称：高级工程师，研究方向：建筑电气设 计。
（３）比较杯突过程的模拟和试验的结果可 以看出两者匹配较好，所以可以用模拟来验证 试验并进一步指导试验，为铝合金板材冲压工 艺的改善、模具设计和有限元仿真的研究提供 了试验依据。
参考文献 ［ １ ］ 王祝堂． 国际协定牌号的加工纯铝及加工 铝合金． 轻合金加工技术． １ ９ ９ ６ ，２ ４ （ ４ ）：２ ４ － ２７ ［ ２ ］陈叙． 汽车车身嵌板用铝合金板成形特征． １９９４，１７（３）：２０－３２ ［ ３ ］ 陈林，汪凌云，卢志文． Ａ Ｚ ３ １ Ｂ 镁合金 板材冲压成形性能研究． 轻合金加工技术． ２００６，３４（１）：３１－５４ ［４］张唯敏．时效处理对 ６０６１ 铝合金锯齿形的 影响． 国外金属热处理．２００３，２４（３）：１０－ １４ ［ ５ ］ 张新梅，郝丽华，蒋大鸣，庞振民． Ａｌ＿Ｍｇ＿Ｓｉ 合金拉伸断口研究．材料工程．１９９６ ， （ ３ ）：３ ５ － ３ ６ ［６］李敬勇， 林铸明， 赵勇． 舟桥结构用铝合 金力学性能研究． 华东船舶工业学院学报 （自然科学版）．２００４，１８（６）：８１－８５ ［７］ Ｍａｒｋ Ｃｏｌｇａｎ， Ｊｏｈｎ Ｍｏｎａｇｈａｎ． ｄｅｅｐ ｄｒａｗｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ： ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，１３２：３５－４１ ［８］ ＩＫ Ｈ Ｗａｇｏｎｅｒ． ＦＵＮＤＡＭ ＥＮＴＡＬ ＡＳＰＥＣＴＳ ＯＦ ＳＰＲＩＮＧＢＡＣＫ ＩＮ ＳＨＥＥＴ ＭＥＴＡＬ ＦＯＲＭＩＮ Ｇ， ＮＵＭ ＩＳＨＥＥＴ２００２，Ｖｏ１，１，２００２：１３－２４ 作者简介 武晋（１ ９ ８ ２ —），男，天津人，助教，硕士 学位，主要从事模具开发及 Ｃ Ａ Ｅ 方向的研 究。
均匀的应变。以拉为主的零件成形时，ｎ 值 小的材料，由于变形不均匀，变形大的部位又 不能迅速硬化，易于产生裂纹；ｎ 值大的材料 则相反，促使各部位变形趋于均匀，还可改善 胀形成形极限。以压为主的零件成形时，ｎ 值 大的材料，应变均化能力强，危险断面的承载 能力高［３］。
应变硬化指数 ｎ 值是影响板料的变形力 及其成形极限的一个重要性能指标，这也是 本次试验研究的主要内容之一。根据国标 ＧＢ５０２８ — ８５ 的规定，其计算过程如下：
３ 杯突试验的模拟
根据杯突试验国家标准 ＧＢ４１５－８４ 中的 模具规格、样品尺寸和试验条件，利用 Ｕ Ｇ 软件获得曲面模型。该模型中凸模、凹模和 压边圈和坯料的有限元网格是用有限元分析软 件的自动生成网格命令生成的。在有限元分 析软件中定义凸模、凹模和压边圈等冲压工 具以及毛坯，并调整它们间的相对位置；定义 拉延和接触类型、摩擦系数、冲压速度和压边 力等工艺参数；给毛坯赋予材料和特性数据。 模拟过程中使用的是 ６０６１ 铝合金板材，厚度 为 １．０ｍｍ。模拟过程中的工艺参数：弹性模量 Ｅ 为 ７５ＧＰａ，泊松比γ为 ０．３１３５［６］。模拟中 涉及的其他材料性能参数见表１。
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１１．１３．０５７
６０６１ 铝合金冲压成形性能试验研究
武晋 天津中德职业技术学院机械工程系，天津 ３００１９１
Baidu Nhomakorabea
摘 要 利用电子万能试验机、扫描电镜等手段， 对 ６０６１ 铝合金板材的拉伸性能进行了研究，并 与６０１０铝合金的各项力学性能参数进行了比 较；利用拉伸试验所测的力学性能参数，用板 料成形有限元分析软件 －－Ｄｙｎａｆｏｒｍ 对 ６０６１ 铝 合金的杯突过程进行仿真，并与真实的杯突 试验进行了比较，分析了 ６０６１ 铝合金薄板的 冲压成形性能。结果表明：６０６１ 铝合金的屈 服强度σ ｓ 和极限强度σ ｂ 与 ６０１０ 铝合金有 一定的差距，但是均匀延伸率δ与 ６０１０ 铝合 金相当；仿真所得的杯突值ＩＥ与实际的相近。 因此６０６１ 铝合金具有较好的成形性能，能代 替 ６０１０ 铝合金板材应用于汽车的一些领域。 关键词 汽车轻量化； ６０６１ 铝合金； 成形性能； 杯突 试验