基于塑性异化比值的金属板冲压加工性能研究

解婧陶

（福建船政交通职业学院 机械工程系，福建 福州 350000）

在工业生产中，金属板由于其良好的弹性、塑性性质以及塑性加工性能的优势被应用于各个领域，具有良好的应用前景。但由于金属板在加工的过程中金属材料之间的熔点、力学性能等存在较大的差异，并且存在容易牵引变形的特殊形变特征，在生产加工过程中存在金属板表面热轧开裂、板型不易控制等缺点[1]。因此对金属板加工性能及加工工艺的研究对提高产品的质量以及成品率具有十分重要的意义，对此本文开展基于塑性异化比值的金属板冲压加工性能研究。

1 资料与方法

（1）研究对象。实验所用的样本选用尺寸为750mm×700mm×2mm和750mm×700mm×4mm两种金属材料拼接而成，采用平行安装、边部起爆法将两种金属材料拼接成尺寸为750mm×700mm×5.4mm的金属板。在金属板中随机区域内切除1mm3的样本作为实验试样，对该试样的塑性异化比值与冲压应变加工性能进行实验研究。

（2）实验方法。将实验试样按照生产加工企业的加工标准，加工成高温拉伸试样，设置取样方向为垂直于焊接方向。在SOIHEDF/30G电子式材料实验设备中进行等温拉伸实验，加热设备选用电阻丝加热炉供热[2]。设置拉伸时温度为350℃、400℃、430℃和450℃，应变速率为10-4/s、10-3/s、10-2/s。实验试样在加热炉中加热到实验预设温度后，在加热炉中保持温度不变的条件下，静置20min，再进行相应的冲压操作[3]。在操作结束后迅速将冲压端口放入冷水中进行冷却，防止试样断口处发生氧化反应，并对扫描电子显微镜对试样断口进行观察和分析。

2 调查结果分析

根据上述实验方法完成实验，并将扫描电子显微镜中观察到的实验结果进行记录，表1～表4为不同温度环境、不同应变速率条件下，金属板试样塑性异化比值与试样冲压应变结果对照表。

表1 350℃条件下不同应变速率金属板试样变化情况

表2 400℃条件下不同应变速率金属板试样变化情况

表3 430℃条件下不同应变速率金属板试样变化情况

表4 450℃条件下不同应变速率金属板试样变化情况

根据表1～表4中的数据可以看出，在不同温度和不同应变速率条件下，当金属板试样的塑性异化比值超出一定范围时，冲压应变迅速变为零，说明此时金属板试样断裂。

3 调查结果讨论

通过本文实验研究得出，在实验环境条件下，金属板的塑性良好，塑性异化比值在实验过程中最高可达0.6，当金属板试样的应变速率一定，在不同温度条件下，金属板试样的冲压应变在塑性异化比值0～0.1范围内迅速增加，而后出现稳态流变特征，当塑性异化比值超出一定范围时金属板试样迅速发生断裂。在变形温度中，金属板中不同材料分别处于动态再结晶阶段和动态恢复阶段，因此金属板高温拉伸过程中的稳态流变是由动态软化和动态硬化共同作用的结果。当温度一定时，随着应变速率的增加金属板出现冲压应变增加的反常现象。其主要原因可能是由于应变速率低时，金属板中的金属材料动态再结晶更加充分，因此强度更低，而不同金属材料中间的性能差异较大，因此塑性异化较差。针对这一现象，在进行金属板冲压加工时为了降低不同金属材料之间的冲压加工性能差异，可采用异步轧制的方法制备，同时不同金属材料表面可通过不同的加热温度提高金属板冲压加工性能。

同时通过实验研究还可以看出，爆炸焊接制备方法对生产不同材质的复合金属板具有良好的效果，金属板中出现了大量的韧窝。当塑性异化比值过高时，金属板断裂，在断口处形成了典型的塑性断裂断口，断口处出现了颈缩现象，不同金属材料层之间并未发生分层情况。金属板拉伸断口处还出现了翘曲现象，实验试样的金属板由平面结构变成了拱状结构。产生这一现象的主要原因是由于金属板不同金属材料之间的泊松比、塑性异化比值等力学性能存在一定的差异，导致金属板在拉伸的过程中两种不同材料的产生了不均匀的形变，同时受到连接处金属材料整体性的限制，不同材料均处于双向应力的状态。同时，由于金属板试样在拉伸过程中受到界面的约束，金属材料宽度方向上的变形会趋于一致，因此在金属板试样的一侧产生了附加的冲压应力。

4 结束语

本文针对塑性异化比值对金属板冲压加工性能进行研究，得出当塑性异化比值产出一定范围内时，金属板会发生断裂，其冲压加工应力变为零。同时，通过实验研究逐渐推导出不同金属材料金属板在加工过程中应选择的加工方法，可将其作为金属板冲压加工性能优化设计研究的理论依据。本文仅针对垂直方向上塑性异化比值与金属板冲压加工性能进行了研究，但在金属板实际生产过程中将其作为参考改变金属板的方向对解决实际问题仍存在不足，因此在后续的研究中还将对金属板在实际生产中出现的问题进行更加深入的研究。