r值對板料拉深性能影響的模擬結果分析

趙赫 何其錦 錢健清

摘 要：本次試驗主要研究對于不同r值設置下的板料模型進行LDR結果的模擬，從而得到r值與板料拉深性能的關系。得出r值對LDR結果影響較為明顯，r值每提高0.1，LDR增加約0.02。且板面各向異性情況下，板料拉深性能受到最小r值和應力應變不均勻的影響，性能要明顯弱于與平均r值相同的板面各向同性的板料。

關鍵詞：拉深；r值；LDR

1 前言

在經濟與技術高速發展的現代，金屬材料作為工業生產制造的基礎，對材料性能提高的研究始終是科研工作者和生產廠家優化和提高產品品質、降低生產成本的重點工作內容。但是，對已有材料的性能開發和不同變形狀態下對材料性能要求差異的研究以及實際生產與理論分析和數值模擬之間的差異也應該得到更多的研究。

塑性應變比即Plastic strain ratio又稱Lank ford值或r值，是評價金屬薄板深沖性能的最重要參數。它反映金屬薄板在某平面內承受拉力或壓力時，抵抗變薄或變厚的能力，也就是指在單軸拉伸應力作用下，試樣寬度方向真實塑性應變和厚度方向真實塑性應變的比[1]。由于結晶和軋制原因，板料的塑性會因為方向不同而又差異，這種現象叫做板料的塑性各向異性。我們把r=1時，稱為為各向同性；r≠1時，稱為為各向異性。目前研究者普遍認為板料的各向異性是由于板料在軋制過程因材料特性和加工工藝而產生的織構的作用[2-6]。

2 極限拉深比模擬結果與分析

極限拉深比LDR是用來衡量板料拉深性能最為直觀的指標。通過對不同r值設置下的板料模型進行LDR結果的模擬，從而得到r值與板料拉深性能的關系。模擬中采用的是國標要求的1.25mm級差確定每次模擬的原始板料尺寸。LDR數值模擬結果見表2.1。

3 數值模擬結果與分析

用于應力應變分析的模擬使用的板料尺寸115mm，r值設置見表3.1。在圖3.1所示的成形極限圖（Forming Limit Diagram，FLD）模式主要是用來判斷板料在拉深過程是否出現破裂和起皺。在板面各向同性的圖3.2（a）（b）和（c）中，輕微起皺、有起皺趨勢和安全區所表示的三個顏色區域分布近乎相同且以試樣中心呈同心圓分布。圖3.1（d）的r值在三個方向的差異導致不同方向的應變是不均勻的。r值較小的45°方向的板料邊緣也出現了嚴重起皺現象。這個結果說明板面各向異性所導致的應力應變在凸緣上的不均勻分布是拉深過程凸緣起皺的重要原因。凸緣板料在r值較小的方向越容易出現起皺。因此，對于板面各向同性情況，r值的大小并不會影響凸緣起皺情況；對于板面各向異性，r值在不同方向導致變形的差異是引起凸緣局部方向起皺較大的主要原因。

板料拉深成形中的板料厚度變化除了在凸緣靠近外邊緣的一定范圍內由于周向應變大于徑向應變而產生板料增厚，其他區域是板厚減薄的。由于凸緣板料增厚而這部分板料隨著拉深變形進入凹模圓角區和直壁區從而使這些區域的在拉深后期也有可能大于原始板厚。在凸模圓角區和直壁區的下邊緣是板料減薄的最大區域。尤其是在凸模圓角區和直壁區交界的位置，厚度變化劇烈。在3mm的高度范圍內厚度差距超過了10%。

r值的主要作用就是控制變形時板料的厚度應變。圖3.3是四次模擬中最小厚度與平均r值之間的關系圖。從圖中可知r=2.23和板料拉深的最小厚度和r=1.40的板料相差在10%左右，且最小厚度與r值大小直接相關。板面各向異性情況下板厚的情況受到所用板料的最小r值方向的影響，板厚變化規律介于平均r值和最小r值之間。

4 結論

（1）在LDR模擬中，r值對LDR結果影響較為明顯，r值每提高0.1，LDR增加約0.02。

（2）板面各向異性情況下，板料拉深性能受到最小r值和應力應變不均勻的影響，性能要明顯弱于與平均r值相同的板面各向同性的板料。

參考文獻：

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