[发明专利]一种通过量纲分析建立镀层金属板失效机制图的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料的加工成形领域，具体涉及一种通过量纲分析建立镀层金属板在加工过程中失效机制图的方法。

背景技术

成形极限图(Forming Limit Diagram，FLD)在金属板料的加工成形，特别是板料深冲成形过程中的失效行为，已经得到广泛应用。随着计算机技术的迅猛发展，以成形极限图为依据，将有限元数值模拟、计算机仿真与加工实验有效结合起来研究金属板料塑性加工过程中的失效行为已成为当今工程领域的研究主流。

基于金属板材料在工程领域的广泛应用，对其本身的性能要求逐步提高，为了增强金属板的耐腐蚀性、耐摩擦性及其他特性，往往要对板材的表面进行改性，即通过电镀等方法在板材表面镀上一层具有某种特性的材料，我们称这种板材为镀层金属薄板。但是针对镀层金属薄板材料的加工成形，由于存在几何非线性、材料非线性和边界非线性问题，FLD 在刻画这种材料的失效行为时遇到了很大挑战。目前，镀层金属薄板材料塑性成形过程中的失效行为主要通过FLD 来表征，重点研究基底的破坏情况，并没有考虑表面镀层的失效行为。然而，镀层在加工过程中同样会出现开裂、起皱等失效行为，这将直接影响到材料表面改性的质量。遗憾的是，现在学术界对镀层金属薄板在加工过程中镀层失效行为的表征尚未引起足够的重视，主要存在三方面的原因使得FLD 在这一研究领域遇到了很大挑战：①镀层与基底一般为不同种类的材料，二者在塑性变形时同步延伸性有差异，即存在“力学性能失配”；②由于金属镀层材料与基底材料的厚度存在较大差异，即两者之间存在“几何尺度失配”；③由于镀层在变形加工时受到模具和基底的双重边界约束以及几何结构的不均匀性，造成镀层及界面处产生复杂的变形，其变形机理非常复杂。基于这些原因，镀层金属薄板塑性加工失效机制非常复杂，仅仅依赖单一的FLD 并不能够对其失效行为进行宏观的、全方位的把握，必须另辟蹊径，探究解决这一问题的根本方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种通过量纲分析建立镀层金属板在加工过程中失效机制图的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（1）利用量纲分析的Π定理，建立镀层金属板加工成形过程中，失效时的冲压深度(冲程) h_failure 与加工过程的各种参数之间的无量纲关系,

hfailure=h(F,μ,rp,rd,d,Ec,σyc,vc,nc,tc,Es,σys,vs,ns,ts)]]>，

其中，F是压边力，μ是模具与板材之间的摩擦系数(冲头与板材，凹模与板材以及压边圈与板材之间的摩擦系数都是相同的)，r_p 是冲头(punch)的圆角半径，r_d是凹模(die)的圆角半径，d是冲头与凹模的间隙，E，σ,ν,n和t分别表示材料的杨氏模量，屈服强度，泊松比，硬化指数和厚度，下标c和s分别表示是镀层(coating)和基底(substrate)；