一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，包括以下步骤：1)对金属板料进行不同切边工艺下的切边实验；2)采集金属板料试样断裂瞬间局部应变分布，并根据拍摄到的照片提取断裂时刻的应变场分布；3)选择韧性断裂准则；4)对选择的韧性断裂准则中的材料参数进行参数标定；5)根据参数标定后的韧性断裂准则定义损伤参数D作为金属板料冲压成形过程是否失效的判据；6)根据步骤2)中得到的断裂时刻的应变值，采用有限元模拟的方式获取各切边工艺对应的边部损伤初值D0；7)实现对同种金属板料在不同切边工艺下边部开裂现象的预测。与现有技术相比，本发明专利技术具有简单方便、符合实际、快速准确等优点。快速准确等优点。快速准确等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法


[0001]本专利技术涉及金属材料冲压成形领域，尤其是涉及一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法。

技术介绍

[0002]金属板料在进行拉深、弯曲、扩孔、翻边等后续成形工艺前，往往会采用冲裁、激光切割、线切割等方式进行毛坯板料的制备，在不同的切割工艺下，板料的边部质量大不相同，对边部裂纹的敏感性也不一样。边部裂纹是金属板料翻边或扩孔等冲压成形过程中常见的一种失效形式。这是因为切边过程造成的边部缺陷使得材料在未达到正常的成形能力前就发生了破裂，严重降低了材料性能，影响了生产的稳定性。众多研究表明，由于边部缺陷的存在，无法通过成形极限图(FLD)或韧性断裂准则(DFC)准确的预测金属板料的边部开裂现象。
[0003]目前，许多学者开始将实验结果和力学模型引入有限元仿真模拟中，以此来预测边缘裂纹的发生。Uthaisangsuk等建立了基于微观结构的仿真模型，采用3DRVE方法和GTN损伤模型获得了局部应力状态。并通过扩孔实验得到了断裂判据的阈值和边界条件(“Stretch
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Flangeability Characterisation of Multiphase Steel Using a Microstructure Based Failure Modelling”,“Computational Materials Science”,2009,45:617
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623)。但这种方法的可靠性和准确性需要应用在元素上的信息足够多来保证。所以很多的工作集中在获取微观结构信息的方法上，而不是建立新的有效的开裂预测模型。有些学者提出了一种简化的顺序有限元仿真方法对边部开裂进行研究。Kai等提出了一种两步唯象预损伤映射模型(PDMM)，将冲孔模拟得到的边缘预损伤和等效塑性应变映射到扩孔模拟中，取得了较好的预测效果(“FE simulation of edge fracture considering predamage from blanking process”,“International Journal of Solids and Structures”,2015,71:206
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218)。于翔宇等将冲裁过程得到的残余损伤初值映射到基于壳元的扩孔三维数值模型中，构建冲裁—扩孔顺序仿真过程，并进行了实验验证，极大的提高了DP590边部开裂的预测精度(“Numerical Simulation on Edge Crack of Advanced High
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Strength Steel Considering Blanking Induced Damage”,“Journal of Materials Engineering and Performance”,2020,29:8286
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8293)。Li和Dong等使用屈服强度σ
s
、硬化指数n值和剪切间隙c来表征高强钢剪切边缘的最大硬度，提出了一种考虑剪切边缘预硬化的有限元模拟方法来预测边缘裂纹的萌生(“Experiments and FE simulation of edge cracking considering prehardening after blanking process”,“International Journal of Material Forming”,2020,13:547
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560)。以上文献中提出的预测方法，虽然简化了第一步的仿真过程，建立了较为清晰的损伤映射指标，但整体计算过程仍然繁琐而复杂，不适用于生产实践。
[0004]板料的边缘质量是影响板料后续成形性能的重要因素，良好的边缘质量对提高后续工序的可成形性，延缓边部开裂具有重要意义。因此，在预测金属板料的边部开裂时切边
工艺的影响不可忽略，需要在兼顾计算效率和预测精度的基础上，提出一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，包括以下步骤：
[0008]1)对金属板料进行不同切边工艺下的切边实验，用以生成不同的边部质量；
[0009]2)采用DIC设备追踪金属板料切边后的冲压成形过程，采集金属板料试样断裂瞬间局部应变分布，并根据拍摄到的照片提取断裂时刻的应变场分布，具体为取断裂前一刻Mises应变最大值作为断裂时刻的应变值；
[0010]3)根据金属板料切边后的冲压成形方式以及材料参数确定的复杂程度选择对应的韧性断裂准则；
[0011]4)对选择的韧性断裂准则中的材料参数进行参数标定；
[0012]5)根据参数标定后的韧性断裂准则定义损伤参数D作为金属板料冲压成形过程是否失效的判据；
[0013]6)根据步骤2)中得到的断裂时刻的应变值，采用有限元模拟的方式获取各切边工艺对应的边部损伤初值D0，作为表征切边后边部质量的衡量指标；
[0014]7)将确定的各切边工艺对应的边部损伤初值D0代入损伤参数D的表达式中，并以此实现对同种金属板料在不同切边工艺下边部开裂现象的预测。
[0015]所述的步骤1)中，切边工艺包括冲裁、激光切割以及电火花线切割，每种切边工艺分别对应不同的金属板料边部质量。
[0016]所述的步骤2)中，通过调节DIC设备的光圈值，使得高速摄像机获得较大的景深，用以捕捉到金属板料的整个变形过程，并且在不同的变形阶段设置不同的拍摄频率，用以得到准确的断裂时刻应变场分布。
[0017]所述的步骤3)中，韧性断裂准则一般表示为：
[0018][0019]其中，w(σ)为与应力张量σ相关的权重函数，D
f
为韧性断裂时的阈值，为断裂时的等效应变。
[0020]考虑不同成形过程的应力应变路径以及参数确定的复杂程度选择韧性断裂准则，满足较大范围变形路径，且材料参数的确定较为简单，则选择的韧性断裂准则表示为：
[0021][0022]其中，L表示Lode参数，η表示应力三轴度，C1、C2、C3分别为材料参数。
[0023]所述的步骤4)中，采用基于试验与模拟的反求分析法或曲面拟合法进行材料参数
的标定，具体为：
[0024]设计不同应力状态的拉伸试样，通过DIC设备获得拉伸试样断裂时的等效应变，构建拉伸试样有限元模型，获取断裂点的应力应变数据，根据应力应变数据对成形过程的韧性断裂准则的材料参数进行拟合。
[0025]所述的步骤5)中，损伤参数D的表达式为：
[0026][0027]其中，D0表示由切边过程造成的边部损伤初值，表示后续冲压成形工艺导致的塑性累积损伤，由韧性断裂准则转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对金属板料进行不同切边工艺下的切边实验，用以生成不同的边部质量；2)采用DIC设备追踪金属板料切边后的冲压成形过程，采集金属板料试样断裂瞬间局部应变分布，并根据拍摄到的照片提取断裂时刻的应变场分布，具体为取断裂前一刻Mises应变最大值作为断裂时刻的应变值；3)根据金属板料切边后的冲压成形方式以及材料参数确定的复杂程度选择对应的韧性断裂准则；4)对选择的韧性断裂准则中的材料参数进行参数标定；5)根据参数标定后的韧性断裂准则定义损伤参数D作为金属板料冲压成形过程是否失效的判据；6)根据步骤2)中得到的断裂时刻的应变值，采用有限元模拟的方式获取各切边工艺对应的边部损伤初值D0，作为表征切边后边部质量的衡量指标；7)将确定的各切边工艺对应的边部损伤初值D0代入损伤参数D的表达式中，并以此实现对同种金属板料在不同切边工艺下边部开裂现象的预测。2.根据权利要求1所述的一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，其特征在于，所述的步骤1)中，切边工艺包括冲裁、激光切割以及电火花线切割，每种切边工艺分别对应不同的金属板料边部质量。3.根据权利要求1所述的一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，其特征在于，所述的步骤2)中，通过调节DIC设备的光圈值，使得高速摄像机获得较大的景深，用以捕捉到金属板料的整个变形过程，并且在不同的变形阶段设置不同的拍摄频率，用以得到准确的断裂时刻应变场分布。4.根据权利要求1所述的一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，其特征在于，所述的步骤3)中，韧性断裂准则一般表示为：其中，w(σ)为与应力张量σ相关的权重函数，D
f
为韧性断裂时的阈值，为断裂时的等效应变。5.根据权利要求4所述的一种考虑切边质量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李代洲，吴会平，李细锋，陈军，展学鹏，唐丁丁，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：