基于塑性異化比值的金屬板沖壓加工性能研究

解婧陶

（福建船政交通職業學院 機械工程系，福建 福州 350000）

在工業生產中，金屬板由于其良好的彈性、塑性性質以及塑性加工性能的優勢被應用于各個領域，具有良好的應用前景。但由于金屬板在加工的過程中金屬材料之間的熔點、力學性能等存在較大的差異，并且存在容易牽引變形的特殊形變特征，在生產加工過程中存在金屬板表面熱軋開裂、板型不易控制等缺點[1]。因此對金屬板加工性能及加工工藝的研究對提高產品的質量以及成品率具有十分重要的意義，對此本文開展基于塑性異化比值的金屬板沖壓加工性能研究。

1 資料與方法

（1）研究對象。實驗所用的樣本選用尺寸為750mm×700mm×2mm和750mm×700mm×4mm兩種金屬材料拼接而成，采用平行安裝、邊部起爆法將兩種金屬材料拼接成尺寸為750mm×700mm×5.4mm的金屬板。在金屬板中隨機區域內切除1mm3的樣本作為實驗試樣，對該試樣的塑性異化比值與沖壓應變加工性能進行實驗研究。

（2）實驗方法。將實驗試樣按照生產加工企業的加工標準，加工成高溫拉伸試樣，設置取樣方向為垂直于焊接方向。在SOIHEDF/30G電子式材料實驗設備中進行等溫拉伸實驗，加熱設備選用電阻絲加熱爐供熱[2]。設置拉伸時溫度為350℃、400℃、430℃和450℃，應變速率為10-4/s、10-3/s、10-2/s。實驗試樣在加熱爐中加熱到實驗預設溫度后，在加熱爐中保持溫度不變的條件下，靜置20min，再進行相應的沖壓操作[3]。在操作結束后迅速將沖壓端口放入冷水中進行冷卻，防止試樣斷口處發生氧化反應，并對掃描電子顯微鏡對試樣斷口進行觀察和分析。

2 調查結果分析

根據上述實驗方法完成實驗，并將掃描電子顯微鏡中觀察到的實驗結果進行記錄，表1～表4為不同溫度環境、不同應變速率條件下，金屬板試樣塑性異化比值與試樣沖壓應變結果對照表。

表1 350℃條件下不同應變速率金屬板試樣變化情況

表2 400℃條件下不同應變速率金屬板試樣變化情況

表3 430℃條件下不同應變速率金屬板試樣變化情況

表4 450℃條件下不同應變速率金屬板試樣變化情況

根據表1～表4中的數據可以看出，在不同溫度和不同應變速率條件下，當金屬板試樣的塑性異化比值超出一定范圍時，沖壓應變迅速變為零，說明此時金屬板試樣斷裂。

3 調查結果討論

通過本文實驗研究得出，在實驗環境條件下，金屬板的塑性良好，塑性異化比值在實驗過程中最高可達0.6，當金屬板試樣的應變速率一定，在不同溫度條件下，金屬板試樣的沖壓應變在塑性異化比值0～0.1范圍內迅速增加，而后出現穩態流變特征，當塑性異化比值超出一定范圍時金屬板試樣迅速發生斷裂。在變形溫度中，金屬板中不同材料分別處于動態再結晶階段和動態恢復階段，因此金屬板高溫拉伸過程中的穩態流變是由動態軟化和動態硬化共同作用的結果。當溫度一定時，隨著應變速率的增加金屬板出現沖壓應變增加的反?，F象。其主要原因可能是由于應變速率低時，金屬板中的金屬材料動態再結晶更加充分，因此強度更低，而不同金屬材料中間的性能差異較大，因此塑性異化較差。針對這一現象，在進行金屬板沖壓加工時為了降低不同金屬材料之間的沖壓加工性能差異，可采用異步軋制的方法制備，同時不同金屬材料表面可通過不同的加熱溫度提高金屬板沖壓加工性能。

同時通過實驗研究還可以看出，爆炸焊接制備方法對生產不同材質的復合金屬板具有良好的效果，金屬板中出現了大量的韌窩。當塑性異化比值過高時，金屬板斷裂，在斷口處形成了典型的塑性斷裂斷口，斷口處出現了頸縮現象，不同金屬材料層之間并未發生分層情況。金屬板拉伸斷口處還出現了翹曲現象，實驗試樣的金屬板由平面結構變成了拱狀結構。產生這一現象的主要原因是由于金屬板不同金屬材料之間的泊松比、塑性異化比值等力學性能存在一定的差異，導致金屬板在拉伸的過程中兩種不同材料的產生了不均勻的形變，同時受到連接處金屬材料整體性的限制，不同材料均處于雙向應力的狀態。同時，由于金屬板試樣在拉伸過程中受到界面的約束，金屬材料寬度方向上的變形會趨于一致，因此在金屬板試樣的一側產生了附加的沖壓應力。

4 結束語

本文針對塑性異化比值對金屬板沖壓加工性能進行研究，得出當塑性異化比值產出一定范圍內時，金屬板會發生斷裂，其沖壓加工應力變為零。同時，通過實驗研究逐漸推導出不同金屬材料金屬板在加工過程中應選擇的加工方法，可將其作為金屬板沖壓加工性能優化設計研究的理論依據。本文僅針對垂直方向上塑性異化比值與金屬板沖壓加工性能進行了研究，但在金屬板實際生產過程中將其作為參考改變金屬板的方向對解決實際問題仍存在不足，因此在后續的研究中還將對金屬板在實際生產中出現的問題進行更加深入的研究。