鋁復合板深加工成形力學行為與工藝分析

韓強 南寧中車鋁材精密加工有限公司

鋁復合板材料經過深加工處理形成需求的零件結構，經過多年的發展鋁復合板材料的加工規模逐漸擴大，加工數量也大幅度提升，對于深加工形成的產品質量強化是人們關注的重點問題，需要對變形進行有效的控制，提高加工處理的精度。鋁復合板的厚度方向為非均質，對其成形力學行為與工藝的研究分析，能夠明確其深加工成型理論，為深加工產品質量的提升提供助益。

一、鋁復合板深加工成形力學行為分析

鋁復合板材料的力學性能呈現效果與加工過程中的各項工藝參數均有緊密的關聯影響作用，其材料復合組成當中鋁材料復合組成比例會根據需求進行合理規劃，通過組元層厚比的優化調整，使力學性能達到了合理化的狀態，適用的領域更加廣泛。

（一）鋁復合板材料單向拉伸性能研究

對選擇的鋁復合板材料應用專業的機械進行研磨與拋光制備處理，可以利用掃描電鏡對鋁的連接部位進行觀察，在復合材料之間會有一條稍微彎曲的曲線，若是曲線部位沒有漏洞空缺的情況就證明連接狀態良好[1]。之后經過規范的鋁復合板材料拉伸性能實驗，能夠發現在材料經過拉伸變形的過程中，拉伸的長度逐漸變大的情況下，材料的橫截面積以均勻的狀態，在逐漸的減小，材料結構的承載水平變弱，拉伸變形作用下會形成加工硬化，變形抗力值水平提升，會對變形區域的變形進行抑制，讓變形區域位置發生變化。不斷拉伸下加工硬化程度會與面積縮小達到相等狀態，變形會呈現集中狀態，應力水平與應變呈現反比例變化，最終試件會斷裂。

從縮頸到斷裂的過程中，鋁的力學性能變化效果比較顯著，在拉伸當中橫向應變當中鋁表面應變效果和寬度方向縮短情況明顯，一側的鋁面會出現翹曲的情況，界面不會出現分層情況，整體的復合板界面結合水平比較優良。另外，在拉伸力學性能分析當中與層厚比進行對照，可以明確鋁復合板材料的抗拉強度、彈性模量與屈服強度變化規律，與厚層比加權平均規律保持一致。

（二）鋁復合板材料成形性能研究

鋁復合板材料成形性能的主要影響因素是層厚比，對成形性能影響效果的明顯，可以應用剛膜脹形試驗結合數值模擬來對鋁復合板組元材料進成形極限進行研究。在層厚比不相同的情況下，鋁復合板材料的成形性能就存在明顯的差異，影響效果顯著。

二、鋁復合板深加工成形工藝分析

（一）凹凸模間隙工藝參數對成形的影響

該項工藝參數就是指拉伸模具當中凹模與凸模結構中間的單面間隙，這一工藝參數主要是會對復合材料流動性產生直接的影響。當凹凸模間隙數值比較大時材料拉伸損傷峰值會相應降低，在減薄拉伸的狀況下，凹凸模間隙部位會對復合板材料施加摩擦阻力，使損傷值增加，摩擦作用下模具表面出現傷痕的概率比較高，模具的應用時限會相應縮短。當凹凸模間隙值超過復合板材料直徑之后，在凹凸模間隙增加的條件下，最大損傷值會呈下降趨勢，當凹凸模間隙工藝參數超過標準值時，成形的鋁復合板材料筒壁錐度會超出標準狀態，拉伸作用下會出現斷裂和材料聚堆的情況。

（二）凸模圓角半徑工藝參數對成形的影響

凸模圓角半徑的設置對成型產品的質量有直接的影響，在成形鋁復合板產品當中底部圓角的規格與其半徑規格是相同的，因而鋁復合板的形狀與質量標準是凸模圓角尺寸規劃的依據。若是凸模圓角半徑值偏小的狀態下，在拉伸的過程中復合板彎曲的程度會比較大，變形區域力的承受能力會比較弱，就會導致最終阻力與拉力達到一定水平時產生斷裂的情況。若是凸模圓角半徑值偏大的情況下，鋁復合板材料深加工初步成形時，無壓邊區域面積比較大，變形狀態無法保持均勻狀態，成形的形狀會受到不良影響。最適宜的凸模圓角半徑需要大于5mm，但不能超過11mm。

（三）壓邊間隙工藝參數對成形的影響

壓邊間隙參數不同的情況下，鋁復合板材料的最大增厚率、減薄率、FLD 最大損傷等都會受到影響作用[2]。當壓邊間隙值偏大的情況下，成形的鋁復合板會出現起皺的情況，這是由于壓邊間隙超過適宜水平時，凸緣區域的材料流動速度提高，切向收縮變形速度也會比較高，局部厚度就會變大，就形成了起皺現象。而壓邊間隙數值在增大的情況下，鋁復合板材料的增厚率與之是成正比例變化的關系。當壓邊間隙參數偏小的狀態下，在深加工操作的過程中，拉應力水平會隨之提升，板材的流動的阻力比較大，局部的板材厚度就會變小。在實踐經驗當中，比較適宜的壓邊間隙值需要大于2.4mm，但是不能超過3.8mm。

三、結束語

近年來，國內外圍繞層狀復合材料的制備工藝和界面調控機理開展了大量的研究工作，取得了豐碩的成果，部分產品實現了工業化批量生產。隨著層狀金屬復合材料應用范圍不斷擴大，開展其深加工成形力學行為與工藝研究具有必要性，對于行業創新發展有重要的助益。