材料沖壓性能試驗

1、 材料沖壓性能試驗方法 一 前言板料沖壓性能是指板料對沖壓加工方法的適應能力，如便于加工，容易得到高質(zhì)量和高精度的沖壓件，生產(chǎn)效率高，模具消耗低，不易產(chǎn)生廢品等。板材的沖壓性能的試驗方法很多，概括起來分為直接試驗與間接試驗兩類。見圖1-1。直接試驗中板材的應力狀態(tài)和變形情況與真實沖壓時基本相同，所得結(jié)果也比較準確；而間接試驗時板材的受力情況與變形特點與實際沖壓時有一定的差別。所以，所得結(jié)果也只能間接的反映材料的沖壓性能，有時侯還要借助于一定的分析方法才能做到。本文只介紹拉伸試驗的試驗方法 圖1-1 沖壓性能試驗方法二拉伸試驗試樣標準拉伸試驗是評價板材的基本力學性能的主要試驗方法。由于簡單易行，

2、所以是目前普遍采用的一種方法。拉伸試驗是利用圖2-1(a)所示尺寸符合要求的標準拉伸試樣，在拉伸機上進行。利用拉伸力行程測試與記錄裝置，得到圖2-1(b)所示的拉伸曲線，經(jīng)過必要的處理與計算，即可得到與成形性能有關(guān)的拉伸試驗值：、等值。 (a) (b)圖2-1 拉伸試樣與拉伸曲線(a) 拉伸試樣 (b) 拉伸曲線 1 常規(guī)拉伸試樣(圖2-1(a) 常規(guī)拉伸試樣又分為比例試樣和非比例試樣兩種。 比例試樣標距按下式計算 式中 -原始截面積； -系數(shù)，當時，為短比例試樣；當時，為長比例試樣。非比例試樣標距與原始截面積無一定關(guān)系。兩種試樣的標距應不小于，試樣寬度通常為10、15、20、30(mm)等。

3、試樣的寬度加工精度為：10、15時，偏差為，在范圍內(nèi)最大與最小寬度之差不得大于；20、30時，偏差為，在范圍內(nèi)最大與最小寬度之差不得大于。2 帶小孔拉伸試樣為了評價非金屬夾雜物引起的材料塑性降低特性及材料對裂縫的敏感性，常采用帶小孔拉伸試樣(圖2-2(a)。3 帶圓弧切口的拉伸試樣在研究平面應變下材料的拉伸特性時，采用帶圓弧切口的拉伸試樣。 (a) (b)圖2-2帶有小孔及切口的拉伸試樣(a) 帶有小孔的拉伸試樣；(b) 帶有切口的拉伸試樣應當指出,拉伸試樣的尺寸和尺寸精度對所得到的試驗結(jié)果有不可忽視的影響,試驗中應予以充分重視在拉伸試驗時，利用測量裝置測量拉伸力與拉伸行程(試樣伸長值)，可以

4、在與坐標系中得到拉伸力隨伸長值而變化的曲線曲線，稱為拉伸曲線如果用拉伸試樣的原始斷面積去除拉伸力，即可得到拉伸過程中的工程應力同時，把試樣的伸長值換算成相對伸長率，即可在與坐標系里得到工程應力與相對伸長率表示的曲線(圖2-1(b)拉伸試驗值拉伸試驗值與沖壓成形性能有密切的關(guān)系。利用板材的單向拉伸試驗可以得到與板材沖壓性能密切相關(guān)的試驗值，這里僅對其中較為重要的拉伸試驗值做一個簡單的敘述如下1稱為屈服強度，當金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間達到塑性變形發(fā)生而力不增加的應力點如果板材拉伸曲線不具有明顯的屈服點，可以取殘余應變0.002時的工程應力屈服強度一般與拉伸類成形性能成反比關(guān)系2 稱為抗拉

5、強度，在拉伸過程中，當拉伸力達到最大時，試樣的拉伸變形由均勻變形階段進入局部變形階段對應的應力點這時，板材發(fā)生塑性拉伸失穩(wěn)，出現(xiàn)頸縮，進一步發(fā)生斷裂3 稱為屈強比。較小的屈強比幾乎對所有的沖壓成形都是有利的。小的屈強比，對壓縮類成形工藝是有利的，拉伸時，如果板材的屈服點低，則變形的切向應力較小，材料的起皺趨勢也小；對于伸長類的成形工藝中，成形所必須的拉力與毛坯破壞時的拉斷力之差較大，所以成形工藝的穩(wěn)定性高，不容易出廢品。4 與叫做均勻延伸率，是在拉伸試驗中開始產(chǎn)生局部集中變形的延伸率。叫做斷裂延伸率，是在拉伸試驗中試樣破壞時的延伸率。一般情況下，沖壓成形都在板材的均勻變形范圍內(nèi)進行。表示板材產(chǎn)

6、生均勻的或穩(wěn)定的塑性變形的能力，它直接決定板材在伸長類變形中的沖壓性能。5 硬化指數(shù)硬化指數(shù)，它表示在塑性變形中材料的硬化強度；它是評定板材沖壓性能(成形極限、變形均勻性等)的重要指標。值較大時，冷變形過程中，材料的變形抗力隨變形的進展而增長也較大，這表明材料變形區(qū)內(nèi)各部分的變形程度趨于均勻,致使總的變形程度增大，塑性變形穩(wěn)定性較好，不易出現(xiàn)局部的集中變形和破壞目前普遍采用根據(jù)拉伸試驗所得到的拉伸曲線來求值。利用在對數(shù)坐標系下為一直線為前提，在拉伸均勻變形范圍內(nèi)，取至少五個基本點(通常取，范圍以內(nèi)的點)，在對數(shù)坐標系中計算出值。具體方法如下：式中：參加回歸計算的真實應力-應變數(shù)據(jù)的對數(shù)；考慮到

7、板材的方向性，一般按板材纖維的三個方向制取試件，進行拉伸試驗，最后按此三個方向的值再取平均值，即如果想更詳細了解金屬薄板拉伸應變硬化指數(shù)的試驗方法可參看國家標準6 板厚方向性系數(shù)板厚方向性系數(shù)是板材拉伸試驗中試樣寬度應變與厚度應變之比，即式中、與、分別是變形前后試樣的寬度與厚度。值的大小，表明板材在受單向拉應力作用下，平面方向和厚向方向的變形難易程度的比較。值大時，表明板材在厚度方向上的變形比較困難，比板平面方向上的變形小板料的值可以用拉伸試驗的方法測定。一般資料中規(guī)定值應取相對延伸率為15%-20%時的測量結(jié)果。根據(jù)體積不變原理，測得的、按下式計算值即或者由于板材都是經(jīng)過軋制的，所以不同方向

8、上的值也不一樣。為了統(tǒng)一實驗方法，便于使用，常采用下式計算板厚方向性系數(shù)的平均值： 式中、分別表示板材縱向、方向和橫向的板厚方向性系數(shù)。如果想更詳細了解金屬薄板板厚方向性系數(shù)的試驗方法可參看國家標準7 板平面方向性板平面方向性主要表現(xiàn)為機械性能在板平面內(nèi)不同方向的差別，但是在表示板材機械性能的各個指標中，板厚方向性系數(shù)對沖壓性能的影響比較明顯，所以在沖壓生產(chǎn)中都用來表示板平面方向性的大小。是板平面內(nèi)不同方向上板厚方向性系數(shù)值的差值，其值為 8 值值稱為材料寬度頸縮率，可用下式求得 式中拉伸試樣原始寬度；試樣拉斷后，斷裂處的最小寬度寬度頸縮率值與值有如圖2-3所示的關(guān)系值與拉伸性能有著較強的對應關(guān)系圖2-3寬度頸縮率值與值關(guān)系三模擬試驗模擬試驗針對不同的成形工藝采用不同的試驗方法試驗中，試樣中的應力狀態(tài)及變形特點與相應的沖壓工藝基本一致，因此試驗結(jié)果可直接反映材料對該