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板料成形极限FLC试验


一、实验设备:

 
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XJTUFLC 杯突和板料成形试验系统(板料成形极限测定)
 
点击图片查看内容
XJTUDIC三维数字散斑全场应变测量分析系统
FLC测量的系统原理

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二、实验过程

XJTUFLC系统是在XJTUDIC系统的基础上,通过测量不同几何尺寸试件在标准实验(ISO 12004-2: 2008(即GB/ T 24171.22009)下表面的极限应变进而建立成形极限图并显示输出。

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  XJTUFLC系统软件界面

成形极限图( Forming Limit Diagram, FLD) 用于确定指定的材料在受到拉伸、胀形或拉伸胀形结合时能够达到的变形程度,为评价板料成形性能以及改进成形工艺提供技术基础和实用判据。
标准实验测定成形极限图的方法是在实验室条件下,采用标准的实验设备,通过改变试件宽度和润滑条件,并基于网格应变分析、数字图像相关法测量等技术直接获得极限应变量,最后把这些点坐标注到表面应变坐标系中并连成适当的曲线,以建立材料的FLD。这种方法可以获得较真实的成形极限图,是理论成形极限曲线的检验依据。

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图  XJTUDIC系统软件界面

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图  板料成形极限实验

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图  板料成形极限实验的试件

当计算完成时,FLC就会显示在下图中:

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  FLC拟合结果显示

单个样本的数据包括最大最小主应变和拟合的曲线在截线拟合窗口中显示出来,最大最小主应变将作为此截线的数据点显示在FLC图中,如下图

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  截线数据拟合

FLD相关理论参考:


板成形过程是在外载荷作用下板料经历弹性变形、屈服、塑性变形与流动而成形出所需零件的过程。当受力物体内质点处于单向应力状态时,只要单向应力达到材料的屈服点时,则该质点开始由弹性状态进入塑性状态,即处于屈服。然而在复杂应力状态时,问题就变得复杂了。因为一点应力状态由六个应力分量确定,不能任意选取某一个应力分量来判断受力物体内质点是否进入塑性状态,而必须同时考虑所有应力分量的影响,即需要在应力空间来考虑这个问题。


根据不同的应变路径所进行的实验,可以确定从弹性阶段进入塑性阶段的各个界限。在应力空间中,将这些屈服应力点连接起来,就形成一个区分弹性和塑性的分界面,称为屈服面。应力点 σij在屈服面内时,材料处于弹性状态;应力点 σij位于此屈服面上时,材料发生屈服。描述这个屈服面的数学表达式称为屈服函数,或称为屈服条件或屈服准则。


根据经典塑性理论,在材料的塑性变形阶段,应力、塑性应变和材料强化特性可以用一个加载函数来 f 描述,方程 f=0 对应的应力空间中的屈服面为材料弹塑性的分界线,屈服面内的材料服从弹性本构关系。当屈服面上某点获得应力增量变化至屈服面外某点时,后继屈服面随之运动和变形到过该点的新的屈服面。在此过程中材料进一步产生塑性变形并随之强化。因此,塑性材料的本构方程包含初始屈服准则、强化规则和流动法则。初始屈服准则确定塑性变形开始时应力状态,即初始屈服面服从的规律;强化规则规定材料强化后塑性变形进一步发生时应力状态服从的规律,即后继屈服面在应力空间中变化的规律流动法则,确定了塑性应变增量与应力状态及应力增量之间的关系。


板成形最本质的问题是外力作用下材料的塑性屈服及随后的流动过程中的失稳,而影响板成形过程顺利进行的最大障碍是板料的失稳,判断失稳发生与否需要相关的失稳判据。因此,通过研究板料塑性变形的材料屈服、强化及流动法则等力学规律,可以为其失稳判据的确定提供理论依据。


板料冲压成形时,屈服是板料进行塑性变形的条件,而起皱和拉裂是成形过程顺利进行的两种障碍,这两种障碍实质上都是板料塑性变形不能稳定进行的结果。起皱主要是受压失稳引起的,其解决方法也较多。而以拉为主的变形方式中,板料往往过度变薄、出现沟槽甚至拉断,这种现象叫做塑性拉伸失稳。拉伸失稳只可能发生在材料的塑性变形阶段。拉伸失稳是板料成形失效的最主要原因。迄今为止,对板料的塑性拉伸失稳理论已有大量研究,主要以 Swift 提出的分散性颈缩(diffuse necking)失稳理论和 Hill 提出的集中性紧缩(localized necking)失稳理论最具代表性,此外还有 M-K 理论也被日益重视。


成形极限的理论基础是失稳理论。目前最著名的三种理论:Swift分散性失稳理论;Hill集中性失稳理论;M-K凹槽失稳理论。其中M-K凹槽失稳理论是目前应用最为广泛的损伤失稳理论。


 

 
Web www.xjtudic.com
 

西安交通大学 机械工程学院 模具与先进成形技术研究所 信息机电研究所
电子邮件: xjtops@163.com  网站: www.xjtudic.com  www.xjtops.com  www.3dthink.cn

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