[发明专利]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

说明书

本发明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，本发明具有简单方便、符合实际、快速准确等优点。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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-Flangeability Characterisation of Multiphase Steel Using aMicrostructure Based Failure Modelling”,“Computational Materials Science”,2009,45:617-623)。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 consideringpredamage from blanking process”,“International Journal of Solids andStructures”,2015,71:206-218)。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 AdvancedHigh-Strength Steel Considering Blanking Induced Damage”,“Journal ofMaterials Engineering and Performance”,2020,29:8286–8293)。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 FEsimulation of edge cracking considering prehardening after blanking process”,“International Journal of Material Forming”,2020,13:547-560)。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。