成形极限曲线冲压生产中一种评价和诊断材料成形性不可缺少的工具

五金冲压成形极限曲线（FLC）现已被广泛应用于板料成形模拟中，成为冲压生产中一种评价和诊断材料成形性不可缺少的工具。成形极限图是 60 年代由 Keeler和 Goodwin[76]等人提出的。失稳理论是成形极限曲线的理论基础。对于成形极限图的确定主要有两种方法：实验方法和理论方法。 实 验 法 根 据 试 件 受 力 方 式 的 不 同 分 为 曲 面 法 和 平 板 面 法 两 大 类。 曲 面 法(out-of-plane)主要有：Nakajima 试验法和 Hasek 试验法。目前广泛采用的实验测定 FLD的方法是由 Nakajima 提出，Hasek 改进得到。平板面法(in-plane)主要有 Azrin 和 Backhofen提出的 A-B 试验法、Marciniak 试验法，以及 Raghavan[78]试验法。近几年，借助于光学测量技术，可以观察到板料表面更加细致的信息，常用于板料成形分析的光学测量系统有：ARAMIS，ARGUS。 理论方法计算成形极限图主要是基于不同的屈服准则和塑性本构关系，建立在拉伸失稳理论和分叉理论基础上。一般来说板材的拉伸失稳分为两个发展阶段：分散性失稳和集中性失稳。1952 年，Swift[80]和 Hill[81]分别提出了分散性失稳和集中性失稳理论，为塑性拉伸失稳奠定了理论基础。分散性失稳理论指板料的塑性变形达到一定程度后，变形开始集中在材料内某些性能较弱的部位，载荷开始随变形程度增大而减小，由于应变硬化，使材料在一定尺寸范围内产生一种亚稳定的塑性流动，故载荷下降比较缓慢。集中性失稳指材料的塑性变形集中在一个狭窄的条带区域，此时载荷随变形程度增大而急剧下降，之后材料很快就会破裂。 后来，Marciniak 根据 Hill 理论发现，在双向拉伸试验中，如果两应力的比值1 2x =σ σ >0.5 时，集中性失稳先于分散性失稳发生，这和实际情况不符。为此 Marciniak和 Kuczynski[83]于 1967 年设想板材厚度有局部的不均匀缺陷，即考虑了材料初始厚度的不均匀性，简称 M-K 理论。根据该假设，板料的集中性失稳是由初始缺陷造成的。但实验表明，用 M-K 理论计算的板料初始厚度不均匀程度要远远大于板平面的实际情况，该准则强烈依赖于假设的初始缺陷大小，理论计算和实验结果有较大差别[84]。 Kleemola  HJ 等[85]认为极限应变只由最终的应力状态决定，失稳点的应力与应变路径无关。Arrieux R 等[86]于 1982 年首先提出成形极限应力图（FLSD）的概念。但用这种方法很难衡量复杂应变路径下的成形极限，而且在有限元模拟时不能定量地分析板料的成形性能。 Storen  S 和 Rice  JR[87]（S-R）用局部化剪切带分叉分析方法和形变理论来确定临界条件。硬化行为采用简单的幂指数形式，由于缺乏足够的实验证据，其可靠性和应用范围都有限。 Stoughton TB 对基于应变的 FLD 和相应基于应力的 FLSD 的几种理论模型进行了论述，其中包括分叉理论，M-K 模型和微观孔洞损伤模型等。 通过实验方法得到 FLC 的成本较高，而且即使对于同一材料，不同的试验设备或试验人员得到的结果也不相同。与实验法比较，基于数学模型的理论预测方法更为经济实用。但不论是实验方法还是理论方法，都有其一定的使用条件，一般都不适于分析复杂形状零件成形和多工步成形情况，还没有一种普遍适用于板材成形的成形极限准则。而将韧性断裂准则与数值模拟方法相结合来预测板材成形极限，可以考虑变形过程中的应力，应变和变形历史。目前已有许多学者将韧性断裂准则引入到板料成形领域中。