钣金拉伸试验

钣金成形工序包括简单的弯曲、拉伸和复杂零件的拉深。板材材料的机械性能极大地影响其成形性，这是一种衡量材料在断裂前可以承受的变形量的指标。这篇博客文章涵盖了确定钣金特性的重要定义，测试方法，以及用于量化它们的设备。

确定材料可以变形的程度对于设计可重复的成形操作是必要的。测试进入的板材材料也是必不可少的，因为材料特性可能因线圈而异，影响零件质量和废品率。

定义

成形过程的结果取决于材料特性和工艺变量，如应变、应变速率和温度。在一个成形过程中，应力场和应变场是如此的不同，以至于不能用一种测试来预测材料在所有情况下的成形性。然而，对材料特性的理解是决定成型过程成功与否的必要条件。

对成形性和产品质量有直接或间接影响的材料特性包括:

• 极限抗拉强度
• 屈服强度
• 杨氏模量
• 延性
• 应变硬化指数
• 塑性应变比

屈服强度而且极限抗拉强度与可成形性没有直接关系，但是，两种应力的大小越接近，金属的硬化程度越高。淬火金属表现出较低的延展性，这降低了它的拉伸能力。

成形过程中既有弹性变形，也有塑性变形。除去外力后，内部弹性应力松弛。如果成形工艺设计不当，应力松弛或“回弹”将导致零件改变形状或变形。价值较低的材料杨氏模量E，和/或较高的屈服强度值将表现出更大的“回弹”或形状变形。

延性被定义为材料在破裂前塑性变形的能力。延展性的两种衡量标准ASTM E8 / E8M为总伸长率和面积收缩率。

总伸长为断裂时的单轴应变量，表示为z点的应变。它包括弹性变形和塑性变形，通常报告为断裂伸长率(用于测量的规长与结果一起报告)。

面积缩小是通过测量断口处的横截面积来计算的，并以百分数表示。

应变硬化指数,n,是衡量金属因塑性变形而变强变硬的速度的指标。除去外加载荷后剩下的变形称为塑性变形。ASTM E646，一种测量塑性区域应力应变响应的拉伸试验，决定了应变硬化指数的确定。在下面的图表中，塑性区域显示在屈服强度点B和极限强度点D之间。通过在两点之间选择5个数据对来计算n值。

n值越高，一件材料在缩颈前可以被拉伸的越多。换句话说，n的值越大，Yield和Ultimate之间的差值越大，材料在失效前可以拉伸得越远。

塑性应变比，r，表示金属板在被深拉入杯子时抗变薄或变厚的能力。r值是根据宽度和纵向应变计算出来的，是衡量钣金可拉伸性的指标。ASTM E517金属片塑性应变比的标准试验方法。与许多其他材料的r值在塑性应变范围内保持不变不同，薄板的r值随着施加的轴向应变而变化，因此应在测试应变水平上报告。

钣金测试技巧

• 标准拉伸试验用于测量板材的特性性能。更专业的测试，如简单弯曲测试、有限穹顶高度测试、杯形测试、孔扩展测试或起皱测试，可以进行模拟在实际过程中发现的应变条件。
• 应变率灵敏度或测试速度在板料测试中非常重要。应变速率越高，材料的强度性能越好。ASTM E8规定了变形率的上限和下限，基于应变率，应力率或十字头分离。对于某些金属，E8中允许的应变率变化可能导致屈服强度变化高达20%。延性和应变硬化指数也可能发生变化。因此，应使用一个有效的恒定应变率进行比较，如拉伸试验。
• 对于正确的n值计算，应从应力-应变曲线上塑性区域的连续部分中选择数据对。如果存在不连续，则选择曲线的连续部分，否则放弃测试。
• 塑性应变比是一种较难测量的成形性参数，因为需要进行附加宽度应变测量。由于与测量宽度应变相关的误差，R值误差可达40-50%。每次测试后仔细检查试样，检查卷曲情况，并使用适当的伸度计刀口，以获得准确的r值。

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