Prediction of forming limit in deep drawing of Fe/Al laminated composite sheets using ductile fracture criterion

Axisymmetric deep drawing processes of laminates composed of mild steel and various aluminium alloy sheets are simulated by FEM. From the calculated stress and strain histories of elements in each layer, the fracture initiation site and the forming limit are predicted by using the ductile fracture criterion. The predictions so obtained are compared with experimental observations. The results exhibit that various types of fracture initiations in deep drawing of the laminated composite sheets are successfully predicted. Furthermore it is found that the drawability is improved by setting the mild steel sheet on the punch side for the case of aluminium alloy sheet with comparatively high ductility, and by sandwiching the aluminium alloy sheet with the mild steel sheets for the case of low ductility.     

应用韧性断裂准则预测板料的成形极限图

将Oyan韧性断裂准则引入数值模拟预测板料的成形极限图(FLD).讨论了各向异性系数对不同应变状态下准则中各项的影响,通过测定单向拉伸和平面应变拉伸的断裂应变确定了准则中的材料常数.模拟凸模胀形实验得到每一时间步应力、应变值,代入韧性断裂准则预测板料的成形极限.应用Oyan韧性断裂准则预测了铝合金A5182-O和SPCC的成形极限图.模拟结果表明,用韧性断裂准则和数值模拟相结合能成功预测板料的成形极限图.     

应用韧性断裂准则预测不同材料的胀形极限

为了准确地预测板料成形极限 ,将韧性断裂准则引入到有限元模拟中。在有限元模拟获得的应力应变场基础上 ,应用韧性断裂准则预测板料断裂的发生。本文应用作者提出的韧性断裂准则及材料常数的确定方法预测了铝合金板和钢板的半球形凸模胀形的成形极限。与实验结果比较表明 ,该方法能在较宽的材料范围内预测胀形成形极限。     

基于韧性断裂准则的铝合金板材成形极限预测

为了准确地预测铝合金板材成形极限，将韧性断裂准则引入到数值模拟中。在数值模拟获得的应力应变值基础上，采用简单拉伸试验和数值模拟相结合的方法确定了韧性断裂准则中的材料常数，并应用该韧性断裂准则预测了铝合金LYl2(M)的圆筒件拉深和半球形凸模胀形的成形极限。预测结果与实验值吻合较好，该韧性断裂准则能够预测铝合金板材成形极限。     

基于Lemaitre韧性断裂准则的1060铝板成形极限研究

针对成形极限曲线的测定需建立在大量实验基础上,耗时耗材,且需要特定的成形实验机才能完成的不足,采用韧性断裂准则与数值模拟相结合来预测。建立测定成形极限曲线的有限元分析模型,对不同尺寸1060铝板试样成形过程进行数值模拟与分析,并采用Lemaitre韧性断裂准则作为板料破裂与否的判据,找出破裂极限应变值,拟合成形极限曲线;为验证提出方法的正确性,采用实验方法制作1060铝板成形极限曲线,并将其与模拟得到的曲线进行对比,两曲线走向基本一致,有较好的吻合度,表明该方法能够应用于成形极限曲线的预测。     

高强铝板韧性断裂准则参数求解及其成形极限

为确定符合高强铝板变形规律的韧性断裂准则的断裂参数,设计了10种不同形状和缺口的拉伸试样,分别采用积分式方程组法、解析式方程组法和曲面拟合法求解韧性断裂准则的多组断裂参数。通过分析统计理论断裂应变与试验断裂应变之间的相对误差评价了断裂参数的预测精度。结果表明:采用积分式方程组法和解析式方程组法依据误差分析分别筛选出的两组试样组合方案的预测精度均较好(误差均值小于30%),而曲面拟合法由于样本数据较少预测误差较大。根据积分式方程组法、解析式方程组法和曲面拟合法求解的最优断裂参数,应用Lou-Huh 2013准则绘制7075-T6高强铝板成形极限图,并采用半球形刚模胀形试验进行验证。验证结果表明:积分式和解析式方程组法预测7075-T6高强铝板破裂失稳偏于安全,这与参数求解时断裂起始点的选取偏于安全有关。     

新型液压-机械拉深工艺试验研究

利用改进后的新型液压-机械拉深模具进行拉深试验研究.设计适合于改进后的新型液压-机械拉深模具的拉深工艺过程,对不同直径的板料进行拉深试验,每次试验没置不同的工艺参数,获得了拉深比达2.63的制件.试验表明,引入液压作用后,可以大幅度地提高板料的极限拉深比,随着板料直径的增加,使拉深成功进行的液压力区间逐渐减小.     

The application of a ductile fracture criterion to the prediction of the forming limit of sheet metals

To predict accurately the forming limit in sheet metal forming, the combination of FE simulation with tension tests is adopted in this paper to determine the material constants p and C in a ductile fracture criterion (DFC), which is advanced by the author. Forming limits of bore-expanding, hemispherical punch bulging and deep drawing (cylindrical, square-cup parts) are predicted by means of the DFC. Comparison of the results predicted by the DFC with experimental values shows that the precision of forming limit predicted by material constants obtained by the combination method is more accurate than that predicted by material constants obtained by the tension method, and that the critical punch stoke and the fracture initiation position in forming processes above mentioned are predicted accurately by the DFC.     

Validity assessment of ductile fracture criteria in cold forming

This paper describes the assessment of various empirical and semiempirical ductile fracture criteria to determine their ability to predict the occurrence of fracture in metalforming processes. The criteria assessed are reformulated such that each is expressed in terms of mostly nondimensional material-dependent quantities and constants. The constants in each criterion are determined using data from published experimental results on cold upsetting of aluminum and steel specimens. The limit strain or the forming limit corresponding to each criterion is then determined and compared with the experimental data. There is clearly good agreement between theory and experiment for several criteria, but the predictions of other criteria fall far from experimental results.     

新型液压—机械拉深模与工艺过程数值模拟

介绍一种新型液压—机械拉深模装置,液压力能在拉深过程中形成径向推力、摩擦保持及流体润滑效应,建立与新型液压—机械拉深模相应的数值模拟模型,通过添加节点力和单元力来实现径向推力和凹模腔压力建模。用建立的模型,设置与实际试验相一致的工艺参数,对08Al拉深钢板进行数值模拟计算,将模拟计算结果与实际实验结果进行对比,说明径向推力和凹模腔液压力建模的正确性,为进一步进行液压—机械拉深工艺研究奠定基础。     

韧性断裂准则在超高强钢辊弯成形工艺中的应用

对某牌号的超高强钢进行拉伸、弯曲、V型件辊弯成形试验,对比常用的6种韧性断裂准则,得出这6种韧性断裂准则均不能给出一个适用于板料各种工艺下断裂的固定临界值。根据辊弯成形工艺特点,采用Brozzo韧性断裂准则,预测相对弯曲半径R/T=2下的超高强钢辊弯成形的破裂现象。预测结果与实验结果表明,Brozzo韧性断裂准则可以应用于超高强钢辊弯成形中。     

AZ31B镁合金板径向推力充液拉深试验

镁合金板冷成形性能差,采用液压成形的方法可提高其冷成形性能。对AZ31B镁合金板进行径向推力充液拉深试验,分析液压力大小、模具尺寸和坯料尺寸对最大拉深高度的影响规律,并对液压拉深件破裂位置、裂纹走向及裂纹形态进行分析。研究结果表明,当凸模圆角半径较大时,随着液压力的增大,得到的最大拉深高度也大;凸模圆角半径较小时,仅有当液压力大小合适时,才能改善其成形性能;板坯直径越大,最大拉深高度就越小。破裂位置一般在拉深试件的底部圆角、凸缘和侧壁处,且裂纹走向、裂纹断面呈现不同的形态。     

金属韧性断裂准则的实验研究

韧性断裂准则作为材料成形极限中的重要指标,对于准确预测金属内部和表面韧性破坏发生的时间和位置、工艺制定和模具设计具有重要的意义。以45钢为材料,采用不同形式的试件进行了拉伸、压缩、剪切、扭转等实验,并利用金属塑性成形模拟专业软件对实验过程进行数值模拟,对工程中广泛使用的11种韧性断裂准则进行分类对比研究。指出Normalized Cockroft & Latham和Brozzo断裂准则比较适用于高应力三轴度成形过程,而Ayada和Rice-Tracy断裂准则更适用于较低应力三轴度成形过程。     

韧性断裂准则参数的3种不同标定方法

韧性断裂准则可用于金属塑性成形过程中韧性断裂的判据,但预测的准确性依赖于准则参数的有效标定。在目前常用的基于试验与模拟的反求分析法以及曲面拟合法的基础上,给出了一种断裂阈值积分求解的标定方法。利用一系列宽应力三轴度范围内的试验结果,分别采用上述3种标定方法进行了L-H韧性断裂准则的参数求解,并对3种标定方法进行了对比分析,给出了各自的优缺点。由对比结果可知:相比于反求分析法,断裂阈值积分求解的标定方法和曲面拟合法可以改善求解效率;损伤阈值积分求解的标定方法相比于曲面拟合法而言,精度有所提高。     

7075铝合金的变化型临界损伤因子(英文)

韧性断裂作为一种主要的失效形式制约了成形工艺开发。Cockcroft-Latham损伤准则适用于多数合金韧性断裂失效的数值计算。对于应变软化型7075铝合金,确立临界损伤因子并揭示其与变形条件间的内在联系具有重要意义。通过压缩试验与数值模拟相互佐证的途径获得了7075铝合金临界损伤因子及其分布规律。结果表明:温度一定时,最大累积损伤值随着应变速率的增大而单调减小;7075铝合金的临界损伤因子不是常数,而是为在0.255～0.453范围内变化的变量;可由应变速率和温度为自变量表征临界损伤因子的变化规律。根据临界损伤因子规律分布图,可以精确地预测材料加工中发生断裂的时刻和位置,此外,还可识别出稳健的加工工艺参数区间。     

带液压装置拉深模设计

在液压—机械拉深模具及工艺试验和分析的基础上,找出其存在的问题,即拉深初期产生不利于拉深的正胀形,拉深过程中凸模与板料间产生不利于拉深的润滑,压边间隙不固定,并对模具及工艺进行成功改进,利用改进的模具及工艺,试验获得了拉深比高达2.63的筒形件,为液压拉深的推广应用提供有益的指导。     

板料成形极限的理论预测与数值模拟研究

本文针对目前板料成形极限的实验、理论计算和数值模拟方法以及成形极限应力图的研究进展 ,进行了综述与分析 ,提出了通过数值模拟方法预测板料成形极限所存在的一些问题。认为找到一种能够尽量减少对外部条件的依赖 ,从而更本质地反映材料性能的方法。     

铝锂合金的温热拉深成形性能

在数值模拟研究压边力、毛料直径、凸凹模圆角半径、变形温度等对5A90铝锂合金板材拉深成形影响的基础上,采用正交试验设计方法对拉深成形工艺参数进行优化设计,并进行相应的拉深成形试验。研究表明,变形温度对拉深成形影响最显著,其次是毛料大小的影响,而变形速度和压边力的大小对拉深成形影响较小。通过对试验结果的计算、分析和总结,获得了5A90铝锂合金板材拉深成形的最佳工艺参数组合,在最佳工艺参数条件下,铝锂合金的极限拉深系数达到了0.45。     

激光拼焊板成形极限的预测方法研究

激光拼焊板成形极限图(FLD)目前主要由试验法获得,但试验法由于其局限性,在实际应用中受到很大的限制。该文介绍了一种预测板料发生颈缩的新准则——厚度梯度准则,该准则基于当板料发生颈缩时沿垂直于颈缩方向的厚度梯度分布上存在着临界值C;在板料成形过程中,当其厚度梯度值小于临界厚度梯度值C时,板料发生颈缩。采用eat/Dynaform软件仿真了高强度钢B170P1激光拼焊板的凸模胀形试验,基于厚度梯度准则有限元计算获得了其成形极限图。获得的激光拼焊板FLD与通过凸模胀形试验法得到的结果进行了对比分析。与试验得到的数据吻合较好,从而证实了该方法的正确性和有效性。     

多道次拉深中间构型对成形影响的研究

钣金件多道次拉深中间构型的确定是塑性成形领域的一个难题.针对中间构型对多道次成形的影响,以轴对称盒形件为成形对象,采用试验方法进行了研究.试验设计了两种不同的中间构型,通过网格法研究在第1道次和第2道次中应变的分布规律;通过成形极限图研究两种中间构型第1道次和第2道次的成形性.试验结果表明,轴对称零件多道次成形在第2道次的成形中,底部成形近似为局部成形,容易在底部产生较大的拉伸应变,造成破裂缺陷,设计中间构型的底部应尽量与零件近似;第1道次和第2道次中沿母线方向的应变均为拉伸应变,自零件口部向零件底部周向的应变由压应变逐渐过渡到拉伸应变,以压应变为主,破裂一般发生在拉伸应变区.