板料成形是一種材料加工技術(shù)，在航空、航天、船舶、汽車等行業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。板料的成形極限，是衡量板料塑性成形性能的重要指標(biāo)。

以極限應(yīng)變構(gòu)成的成形極限圖（FLD），常被用于板料受到拉伸、脹形或拉伸脹形結(jié)合時(shí)能夠達(dá)到的變形程度，為評價(jià)板料成形性能以及改進(jìn)成形工藝提供技術(shù)基礎(chǔ)和實(shí)用判據(jù)。

FLC/FLD的定義

板料成形極限FLC/FLD

工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的最大值，相當(dāng)于材料的拉伸強(qiáng)度σb。最大載荷時(shí)的應(yīng)變是拉伸試件的一種穩(wěn)定伸長量，板料成形以及局部頸縮，決定了材料的成形極限，在這種情況下穩(wěn)定伸長是材料延展性的一項(xiàng)重要測量指標(biāo)。

金屬薄板在變形過程中，在杯突實(shí)驗(yàn)機(jī)力的作用下，某一區(qū)域會(huì)發(fā)生減薄變形，當(dāng)達(dá)到最大應(yīng)變形量時(shí)薄板就會(huì)發(fā)生破裂，破裂前的狀態(tài)為板材的成形極限。

新拓三維XTDIC-FLC板材極限成形測量系統(tǒng)

板料沖壓成形極限測量

成形極限圖：包含主應(yīng)變/次應(yīng)變點(diǎn)的圖表

FLD能夠分辨某個(gè)應(yīng)變數(shù)值對于某種材料來說是安全的還是破裂的，從安全點(diǎn)到破裂點(diǎn)的界限定義為成形極限曲線FLC。

FLC提供了一個(gè)可接受的應(yīng)變極限。在板料成形中，當(dāng)主應(yīng)變?chǔ)?和ε2：超過由這兩個(gè)應(yīng)變聯(lián)合構(gòu)成的應(yīng)變極限范圍時(shí)，板料將會(huì)產(chǎn)生變薄、斷裂。

成形極限圖

成形極限圖 （FLD）

以表面提取的極限應(yīng)變值其中最小主應(yīng)變（ e2和ε2 ）為橫坐標(biāo)，最大主應(yīng)變（e 1和ε1 ）為縱坐標(biāo)，建立表面應(yīng)變坐標(biāo)系。

板材極限FLC快速測定DIC方法

XTDIC-FLC板材成形極限測量系統(tǒng)，基于數(shù)字圖像相關(guān)法技術(shù)，配合板料成形和杯凸試驗(yàn)機(jī)，通過在試件在噴涂無序散斑，采集杯突試驗(yàn)時(shí)板料變形的序列視頻圖像，并基于網(wǎng)格應(yīng)變分析、數(shù)字圖像相關(guān)法測量等技術(shù)直接獲得極限應(yīng)變量，從而生成成形極限曲線FLC建立成形極限圖并顯示輸出。

FLC測試流程

實(shí)驗(yàn)過程原理介紹

為了準(zhǔn)確測定FLC，在平直無變形的金屬板料表面印制散斑圖案，采用半球沖頭的Nakajima成形方法對板料進(jìn)行變形直至破裂，XTDIC-FLC板材成形極限測量系統(tǒng)采集圖像，采用DIC軟件計(jì)算應(yīng)變數(shù)據(jù)。

采用橫截面的測量方法（位置相關(guān)性測量）輸出極限應(yīng)變點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用DIC軟件相關(guān)算法計(jì)算出flc曲線。

剛性凸摸脹形試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)說明：

在實(shí)驗(yàn)室條件下測定成形極限曲線，通常采用剛性凸模對試樣進(jìn)行脹形的方法，必要時(shí)可輔以拉伸實(shí)驗(yàn)和液壓脹形實(shí)驗(yàn)。

剛性凸模脹形實(shí)驗(yàn)時(shí)，將一側(cè)表面制有網(wǎng)格的試樣置于凹模與壓邊圈之間，利用壓邊力壓緊拉深筋以外的試樣材料，試樣中部在凸模力的作用下產(chǎn)生脹形變形并形成凸包，其表面上的網(wǎng)格圓或散斑圖案發(fā)生畸變，當(dāng)凸包上某個(gè)局部產(chǎn)生縮頸或破裂時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)，由此計(jì)算金屬板允許的局部表面極限主應(yīng)變量。

通過改變式樣與凸模接觸面的潤滑條件及采用不同寬度的式樣，獲得不同應(yīng)變路徑下的表面極限主應(yīng)變量，其中潤滑條件越多、試樣的寬度規(guī)格越多，試驗(yàn)確定的成形極限圖越可靠。

成形極限分布

成形極限由最大主應(yīng)變和最小主應(yīng)變測量得到，測量的應(yīng)變路徑范圍從單向拉伸到雙向拉伸。不同的應(yīng)變狀態(tài)下收集的單個(gè)成形極限數(shù)據(jù)點(diǎn)連接起來，即可得到成形極限曲線。繪制的曲線圖中，X軸代表了最小主應(yīng)變，Y軸代表了最大主應(yīng)變。如下圖：

實(shí)驗(yàn)步驟-硬件裝配

1、根據(jù)預(yù)先做好的工裝確定測量距離，調(diào)試XTDIC-FLC板材成形極限測量系統(tǒng)相機(jī)角度和鏡頭焦距。

2、將XTDIC-FLC板材成形極限測量系統(tǒng)測頭裝配到試驗(yàn)機(jī)上。調(diào)整角度。

3、將側(cè)頭旋轉(zhuǎn)至無遮擋區(qū)域，對測頭進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)聚光測距保證標(biāo)定距離。

4、完成標(biāo)定后，將懸臂機(jī)構(gòu)緩慢旋轉(zhuǎn)值測試區(qū)域，XTDIC-FLC板材成形極限測量系統(tǒng)測量前準(zhǔn)備完成。

實(shí)驗(yàn)步驟-實(shí)驗(yàn)機(jī)開始實(shí)驗(yàn)

1、打開實(shí)驗(yàn)機(jī)，將實(shí)驗(yàn)機(jī)上下分離，方便操作。

2、在球形沖頭上涂抹潤材料、放置潤滑硅膠等，然后放入杯突件，操作實(shí)驗(yàn)機(jī)壓緊試件。

3、設(shè)置實(shí)驗(yàn)機(jī)參數(shù)，同dic一起開始實(shí)驗(yàn)。

4、目測出現(xiàn)裂紋或?qū)嶒?yàn)機(jī)載荷下降時(shí)可停止實(shí)驗(yàn)。

注意事項(xiàng)：

對于XTDIC-FLC板材成形極限測量系統(tǒng)的圖像采集，在沖壓開裂前的最后階段DIC相機(jī)的采集速度不小于10幀/秒。

實(shí)驗(yàn)步驟-DIC軟件分析

創(chuàng)建散斑域

DIC軟件創(chuàng)建散斑域時(shí)，需要將所測試區(qū)域全部選入散斑域范圍內(nèi)，DIC實(shí)驗(yàn)過程確保采集整體沖壓板料表面圖像，便于整體進(jìn)行計(jì)算。

種子點(diǎn)匹配

創(chuàng)建種子點(diǎn)時(shí)，需要在上、中、下三個(gè)區(qū)域內(nèi)分別創(chuàng)建種子點(diǎn)。因?yàn)楸辜笃跁?huì)斷裂，如果僅創(chuàng)建一個(gè)種子點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致其他區(qū)域在計(jì)算后期難以匹配，多個(gè)種子點(diǎn)可以保證多個(gè)區(qū)域內(nèi)均有面片。

實(shí)驗(yàn)步驟-軟件分析

創(chuàng)建截線并輸出

1、找到XTDIC-FLC板材成形極限測量系統(tǒng)采集的杯突件斷裂前的一張照片

2、在DIC軟件界面點(diǎn)擊分析→截線→ FLC創(chuàng)建，創(chuàng)建的截線方向要與杯突件裂紋方向垂直

3、創(chuàng)建模式為當(dāng)前狀態(tài)創(chuàng)建，此為位置相關(guān)法。點(diǎn)擊創(chuàng)建，即可創(chuàng)建三條截線

4、選中三條截線，點(diǎn)擊輸出FLC數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)步驟-軟件分析

輸出截線數(shù)據(jù)時(shí)根據(jù)當(dāng)前杯凸試件的形狀選擇對應(yīng)的試件類型，然后再保存界限數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)步驟-生成FLC曲線

點(diǎn)擊添加截線，選擇保存文件夾，導(dǎo)入截線數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊計(jì)算，即可得到FLC曲線。