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不讲角度和拉伸量的拉伸弯曲变形极限就是耍流氓

已有 643 次阅读 2022-1-23 23:08 |系统分类:科研笔记

这个题目有点长,是套用网上流传的一句话,“不以结婚为目的的谈恋爱就是耍流氓”而来的。我想说的意思是,在讨论板材的拉伸弯曲变形极限时,必须要考虑实际发生的弯曲角度和拉伸量条件。

十几年以前,开始有板材成型研究者报告和讨论高强度钢在拉伸和弯曲同时存在的情况下的一种特殊的失效方式,称为剪切断裂失效(SHEAR FRACTURE)。或者称为拉伸弯曲断裂。

现在我们说板材成型的成型极限可以分为两大类。一类叫整体成形性,一类叫局部成形性。整体成型性可以用FLD来评估。局部成形性涉及到的问题包括拉伸弯曲断裂问题和边缘拉伸开裂问题。其实局部成形性还应该包括拼焊板的焊缝及其邻近区域开裂的问题。这个我会在其它博客里讲到。

2003年,我们在模具厂为准备“2005 NUMISHEET BENCHMARK”考题调试模具的时候,注意到在成形DP600板材的时候,工件的弯曲处有可能发生一种从未报道过的断裂方式。断口形态看上去像一个接近45度的整齐的切口,酷似单片剪子的刃口。断裂前没有发现明显的颈缩。我们当时打趣的说,无意中竟然发明了一个新方法,可以就此申报一个作剪子的专利了。因为这样的切口稍加磨削,两片装到一起,就可以成为一把剪子了。

后来不少研究者发现,当工具上的圆角半径与板厚的比值(R/T RATIO),减小到一定程度以后,就会出现这种剪切断裂。他们为冲压件的设计师提出了针对不同高强度钢板的拉伸弯曲变形极限的R/T临界值,以避免拉伸弯曲变形发生剪切断裂。比如说对于DP600,弯曲半径与板厚的比值应该大于4;DP780应该大于5;DP980应该大于6,等等不同的推荐值。

这其实是一个简单粗暴省事的一刀切。

是不是当弯曲半径与板厚的比值小于这个推荐值的时候,拉伸弯曲的剪切断裂就一定会出现呢?

不是一定的。

因为拉伸弯曲变形时出现断裂是需要一定变形量的。达到这个临界变形量是需要逐渐累积的。

不是尖锐的工具圆角刚一接触到板材,另一侧表面断裂就马上发生。弯曲变形的板材表面的拉伸程度的积累是有一个过程的。这个过程进展的程度和弯曲角度大小有关,也和拉伸变形量的大小有关。当这两个变量没有把板材表面的拉伸应变积累到等于或大于材料能够承受的最大应变量之前,处于拉伸弯曲一侧的板材外表面的开裂就不会发生。

其实,这样的事情在我们过去的经验中是经常可以观察到的。所以说使用高强钢,在冲压件的表面局部的形状设计上,满足一定条件下,也是可以使用更小的半径的。只要在对应于那个位置上的表面变形量没有达到材料开裂的临界值之前变形就停止了,我们就能够得到一个没有开裂的冲压件。

关键是在没断裂之前就停下来。如果一直拉,一直拉,再好的材料也要被你拉断。

这样的例子有产品上某些浅矮的凸台,或者在变形临近结束时用来控制回弹的带有小半径的后拉伸筋(STAKE BEAD for post-stretching)。

我们还是可以把拉伸弯曲变形的局部成型性比喻成汽车油箱里的油。你要开车出门,当然希望这一箱汽油开到地方以后,还有一些剩余。你不希望车没开到地方,半路上油就用光了。拉伸弯曲变形过程也是这个道理。你希望在成型结束的时候,还有一些剩余成形性没有被你用掉,这样你就能够得到一个完好无损的成形件。

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1 张士宏

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