5052 铝板冲压成形过程中的韧性断裂问题的研究

5052铝板由于具有密度低、耐腐蚀高、比强度高等特点，近来作为重要的轻质材料在汽车制造中被广泛使用。破裂、起皱和回弹是板料冲压成形中的三大主要质量缺陷。铝合金和钢板相比，总伸长率更小， 在室温下铝合金的成形性比钢板的差，更容易出现破裂现象。准确模拟板料成形过程中的破裂现象，对成形工艺和模具设计具有重要意义，金属材料的断裂主要可以分为脆性断裂和韧性断裂，多数铝合金属于韧性断裂。韧性断裂准则从细观损伤力学角度出发，认为材料内部孔洞的缺陷在外力作用下不断地形核、长大并聚合, Z终引起了材料 的损伤，可以较好地预测塑性差的板料成形性能。

一、影响韧性断裂的因素很多，主要可以分为两大类。 

1. 一类与材料相关，如应变硬化水平、空穴体积分数和第二相粒子组成等；

2. 二类与工艺相关，如应变速率、摩擦和成形温度等。

5052铝板韧性断裂的2种情况

韧性断裂是制约金属成形的一个重要因素，因此，很多学者以损伤思想为背景，提出了韧性断裂准则。 

二、5052 铝合金拉伸试样断口两种类型的韧窝

1. D一种韧窝的外形大而深，说明5052铝合金属于韧性断裂；

2. 第二种韧窝外形较小，在韧窝的底部和四周分布着一定量的球形颗粒，说明 5052铝合金有部分脆性断裂。由于第二种韧窝比例较少，因此 5052铝合金的主要断裂机制属于韧性断裂。

三、5052铝板球头胀形仿真与试验结果

板料在成形至断裂的过程中出现了明显的颈缩，宏观断口表现为沿着与厚度方向成 45°方向断裂，开裂部位断口比较平整，没有出现不规则的起伏，板料厚度在刃口附近出现了明显的减薄。 有限元仿真结果与试验结果较吻合，板料开裂处裂纹的位置和形状大小与试验结果接 近。说明有限元仿真分析具有较高的模拟精度以及上 述获得的 Voce 模型参数 Q1、C1、Q2、C2和断裂应变能 Wc是合理的，Cockcroft-Latham 韧性断裂准则能够 很好地预测 5052 铝合金板料成形的开裂失效。 

四、5052铝板成型开裂结论

1) 对 5052 铝合金板进行了单向拉伸试验，使用 Voce 模型对试验应力应变曲线进行了拟合。将 Cockcroft-Latham 韧性断裂准则引入到单向拉伸有限 元模型中，结合试验结果，反求了 5052 铝合金材料失效参数。 

2) 采用拟合的 Voce 模型参数和 Cockcroft- Latham 韧性断裂准则参数对 5052 铝合金板料球头胀形开裂进行了仿真预测，并进行试验验证，结果表明仿真预测板料开裂位置及裂口形状与试验结果吻合。 

3) 使用该方法进行铝合金板料的成形开裂极限 预测具有材料参数求解方便，计算精度高的优点，可为相关研究提供参考。