纤维方向沿厚向分布的金属板拉深性能初步研究

摘要

纤维组织的存在，使金属材料力学性能具有明显的各向异性，对机械零件的使用性能和加工工艺会产生不可忽视的影响。拉深效果受纤维组织取向的影响非常明显，正确认识和利用材料的纤维方向，是材料加工工程需要研究的重要问题之一。板料拉深变形中，重要的参数拉深系数就与纤维组织的方向性相关。
　　 本论文的主要工作有：设计制造了凹模直径为27.5mm带压边圈的拉深试验模具；用Q235钢和5052铝合金两种材料，制取了纤维方向在板面内与沿厚向两种分布方式，范围为40～50mm共9种直径的片状坯料，总数约200片；参考国家标准，采用直接试验的方法，在液压机上进行了无凸缘和有凸缘拉深试验，获取了6组实验数据。结果为：(1)无凸缘拉深时，Q235钢纤维组织沿厚向分布与纤维组织在板面内分布相比较，其最大拉深高度小了约25％，而极限拉深比约小10％。5052铝合金纤维组织沿厚向分布与纤维组织在板面内分布时的拉深性能相当。(2)有凸缘拉深时，Q235钢纤维组织沿厚向分布与纤维组织在板面内分布相比较，最大相对高度H/d小了16％-18％。5052铝合金纤维组织沿厚向分布与对应的纤维组织在板面内分布相比较，最大相对高度H/d小了16％-18％。
　　 本文首次获得了纤维方向沿厚向分布的极限拉深系数数据，并与Q235钢片、5052铝合金片纤维组织在板面内分布的资料数据进行了对比研究与分析，验证了纤维组织方向与拉深凸耳的关系。研究表明，就极限拉深高度而言，纤维方向沿厚向分布与纤维方向在板面内分布有明显差别。纤维组织沿厚向分布时拉深性能差于在板面内分布时；材料纤维组织沿厚向分布时拉深难度更大；无凸缘拉深时，与纤维组织在板面内分布的板料出现明显“凸耳”现象相比，纤维组织沿厚向分布的板料零件的边缘未明显出现“凸耳”现象。
　　 本研究得出的数据，初步定量回答了纤维方向沿厚向分布与在板面内分布二者差别，丰富了金属板料拉深成形性能的内容，可为板料加工实践提供借鉴和参考。