5052 鋁闆沖壓成形過程中的韌性斷裂問題的研究

5052鋁闆由於具有密度低
、耐腐蝕高、比強度高等特點，近來作爲重要的輕質材料在汽車制造中被廣泛使用。破裂、起皺和回彈是闆料沖壓成形中的三大主要質量缺陷。鋁合金和鋼闆相比，總伸長率更小， 在室溫下鋁合金的成形性比鋼闆的差，更容易出現破裂現象。準確模拟闆料成形過程中的破裂現象，對成形工藝和模具設計具有重要意義，金屬材料的斷裂主要可以分爲脆性斷裂和韌性斷裂，多數鋁合金屬於韌性斷裂。韌性斷裂準則從細觀損傷力學角度出發，認爲材料内部孔洞的缺陷在外力作用下不斷地形核、長大並聚合, Z終引起瞭材料 的損傷，可以較好地預測塑性差的闆料成形性能。

一、影響韌性斷(duàn)裂的因素很多
，主要可以分爲兩大類(lèi)。 

1. 一類與材料相關(guān)，如應變(biàn)硬化水平、空穴體積分數和第二相粒子組成等；

2. 二類與工藝相關(guān)，如應變(biàn)速率、摩擦和成形溫度等。

5052鋁闆韌性斷裂的2種情況

韌性斷(duàn)裂是制約金屬成形的一個重要因素，因此，很多學者以損傷思想爲背景，提出瞭(le)韌性斷(duàn)裂準則。 

二、5052 鋁合金拉伸試樣斷(duàn)口兩種類(lèi)型的韌窩

1. D一種韌窩的外形大而深，說明5052鋁合金屬於(yú)韌性斷(duàn)裂；

2. 第二種韌窩外形較小，在韌窩的底部和四周分布著(zhe)一定量的球形顆粒
，說明 5052鋁合金有部分脆性斷裂
。由於(yú)第二種韌窩比例較少，因此 5052鋁合金的主要斷裂機制屬於(yú)韌性斷裂。

三、5052鋁(lǚ)闆球頭脹形仿真與試驗結(jié)果

闆料在成形至斷裂的過程中出現瞭明顯的頸縮，宏觀斷口表現爲沿著與厚度方向成 45°方向斷裂，開裂部位斷口比較平整，沒有出現不規則的起伏，闆料厚度在刃口附近出現瞭明顯的減薄。 有限元仿真結果與試驗結果較吻合，闆料開裂處裂紋的位置和形狀大小與試驗結果接 近。說明有限元仿真分析具有較高的模拟精度以及上 述獲得的 Voce 模型參數 Q1、C1、Q2、C2和斷裂應變能 Wc是合理的，Cockcroft-Latham 韌性斷裂準則能夠 很好地預測 5052 鋁合金闆料成形的開裂失效。 

四、5052鋁闆成型開(kāi)裂結(jié)論

1) 對 5052 鋁合金闆進行瞭(le)單向拉伸試驗，使用 Voce 模型對試驗應力應變(biàn)曲線進行瞭(le)拟合。将 Cockcroft-Latham 韌性斷裂準則引入到單向拉伸有限 元模型中，結合試驗結果，反求瞭(le) 5052 鋁合金材料失效參數。 

2) 採用拟合的 Voce 模型參數和 Cockcroft- Latham 韌性斷裂準則參數對 5052 鋁合金闆料球頭脹形開裂進行瞭(le)仿真預測，並(bìng)進行試驗驗證，結果表明仿真預測闆料開裂位置及裂口形狀與試驗結果吻合。 

3) 使用該方法進行鋁合金闆料的成形開裂極限 預測(cè)具有材料參(cān)數求解方便，計算精度高的優點，可爲相關研究提供參(cān)考。