鍍層金屬薄板成形過程的變形與失效研究.pdf

1、金屬表面處理是材料表面改性的重要方法,可以提高材料的綜合利用效率。隨著這類材料的廣泛應(yīng)用,其加工問題也逐步得到高度關(guān)注。由于鍍層與基底的力學(xué)性能及厚度不匹配,在塑性加工時容易產(chǎn)生鍍層剝落、表面裂紋等結(jié)構(gòu)失效,而且還會出現(xiàn)界面及鍍層力學(xué)性能減弱、鍍層厚度局部減薄等功能失效,因此對鍍層金屬薄板成形過程的變形與失效研究具有重要意義。
　　本論文首先對鍍層金屬薄板的應(yīng)用及在加工中遇到的問題進(jìn)行了綜述,然后通過實驗用ARGUS光學(xué)測試系統(tǒng)研

2、究了鍍鎳鋼帶的在成形過程中的應(yīng)變場,最后用有限元軟件ABAQUS對鍍層金屬薄板的等厚拉深成形過程中失效行為進(jìn)行了研究,主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)用ARGUS光學(xué)測試方法和有限元方法對鍍層金屬薄板在不同壓入深度的應(yīng)變特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明鎳鍍層和低碳鋼基底的應(yīng)變分布趨勢一致,在凸模圓角處,鍍層的應(yīng)變要比基底的應(yīng)變大,鍍層在凹模圓角處受到的最大主應(yīng)變和最小主應(yīng)變的絕對值隨著壓入深度的增大而增大,鍍層和基底在杯形件底部受到的

3、應(yīng)變較小。
　　(2)用實驗和模擬方法對鍍層金屬薄板等厚拉深過程中的厚度變化進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在杯形件底部沒有發(fā)生減薄現(xiàn)象,鍍層和基底在凸模圓角處厚度減薄最為嚴(yán)重,鍍層的減薄程度要比基底的大,鎳鍍層為9.85％,基底為6.42%。鍍層在凸模圓角處的減薄率隨著壓入深度的增大而增大。實驗與數(shù)值模擬的結(jié)果符合的較好。
　　(3)對鍍層金屬薄板拉深成形中的界面和表面失效行為進(jìn)行了研究。在有限元模擬當(dāng)中,界面單元采用三角形T-S L

4、aw的粘聚力模型。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)在拉深過程中,內(nèi)層薄膜界面發(fā)生損傷的位置主要在凸模圓角區(qū),而與凹模圓角接觸過的外層界面都出現(xiàn)了損傷。薄膜內(nèi)外層界面受到的法向應(yīng)力超過了預(yù)先定義的值,切向應(yīng)力則沒有超過。通過對不同壓入深度下鎳鍍鋼帶表面形貌的觀測,可以用最大減薄率作為鍍鎳鋼帶在杯形件拉深過程中表面失效的判據(jù),并用實驗對其進(jìn)行了驗證。
　　本論文對鍍層金屬薄板成形過程中的變形特性以及失效行為進(jìn)行了研究,其結(jié)果對鍍層金屬薄板拉深成形具有一定