一种双线性应变路径下成形极限测量装置及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属板料成形技术领域，特别涉及一种双线性应变路径下成形极限测量装置及测试方法。该装置用于金属薄板材料在双线性应变路径下的成形极限测试和研究。
【背景技术】
[0002]在板料成形领域，成形极限图(FLD)是评价板料成形性能的重要方法，其反映了板料在发生塑性失稳时的极限应变。FLD为方便地研究板料成形极限和评价拉伸失稳理论提供了基础。在实验室条件下，通常可采用刚性凸模对金属薄板进行胀形的方法测定成形极限图，通过改变试样尺寸或润滑条件，获得板料在单向拉伸、双向等拉和平面应变等应变路经下的极限应变。在实际应用过程中，通过对比板平面内的两主应变的任意组合与成形极限曲线的位置关系来判断板料的破裂状况。
[0003]目前通过实验或是理论推导确定的FLD大都是由线性或近似线性的应变路径得到的，但是实际板料的冲压，尤其是成形较复杂的零件或是多工序成形的情况下，往往偏离了线性应变路径，造成无法准确判断板料的失稳现象。因此必须采用与实际成形相符的复杂应变路径所建立的FLD作为材料失稳判据。对于复杂应变路径下的成形极限目前仅有一些理论分析或是测试方法不完善，如公告号为CN201110194526，公告日期为2012年2月15曰，专利名称为“复合应变路径成形试验装置”的专利公开了一种由分裂式冲头及对应的分离模组成的模具能够完成金属薄板在胀形变形+拉延变形的复合应变路径下的成形极限测量问题，但其仅能实现一种形式的复合应变路径，具有一定的局限性。
[0004]因此，迫切需要一种能简单、方便地实现多种复杂应变路径下成形极限的测量装置。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种双线性应变路径下成形极限测量装置及测试方法，解决了双线性应变路径下成形极限的测量问题。可准确评价复杂零件成形过程中的颈缩、破裂问题。
[0006]一种双线性应变路径下成形极限测量装置，包括主缸1、上横梁2、压边横梁3、压边弹簧4、拉延筋5、试样6、凹模7、下模板8、下顶出缸9、照明灯10、摄像头11、螺栓12、上凸模13、反拉深凸模14、压边圈15和下横梁16 ;主缸1与上横梁2连接，摄像头11、照明灯10固定在上横梁2上，压边弹簧4通过螺栓12固定于压边横梁3上，上凸模13与压边横梁3连接，凹模7上设有拉延筋5，凹模7与下模板8连接，下模板8下方有下横梁16，反拉深凸模14位于试样6下方与下顶出缸9连接，试样6固定在压边圈15上，压边圈15在压边弹簧4下方。
[0007]上凸模13为中心开孔的柱形凸模，其下端面为圆弧过渡；压边弹簧4固定于压边横梁3上，向板料施加压边力。
[0008]拉延筋5形状为方形或半圆形截面。
[0009]反向拉深凸模14为半球形或非对称形状刚性凸模。
[0010]上凸模13中心孔用于应变测量系统的拍摄。
[0011]—种双线性应变路径下成形极限测量装置的测量方法，具体步骤如下:
[0012]1)对试样6进行切割，试样6根据不同应变状态切割成不同的形状；
[0013]2)在试样6表面印制网格或散斑；
[0014]3)将试样6固定在压边圈15上，将摄像头11、照明灯10固定在上横梁2上，完成测量系统的对焦；
[0015]4)上凸模13下行，带动试样6产生应变，待上凸模13与凹模7接触并压紧后，上凸模13停止下行，反拉深凸模14在下顶出缸9的驱动作用下上行，直至试样6发生颈缩或破裂；
[0016]5)采用应变测试分析系统测量颈缩或破裂处的应变，得到材料在双线性应变路径下的成形极限。
[0017]原理:该装置通过引入反拉深凸模14，改变了材料的应变路径，与上凸模13和凹模7组合，并通过改变试样形状和尺寸，实现了板料双线性应变路径的变形过程。通过试验装置上的应变测量系统，并配合测量软件，可实现板料在双线性应变路径下成形极限的测量。
[0018]本发明的优点在于:
[0019]1)能够测量金属薄板在单向拉伸-双向等拉、平面应变-双向等拉和双向等拉-双向等拉复杂应变状态下的成形极限，可实现金属薄板在双线性应变路径下的成形极限测量难题，解决了传统的在单一应变路径下测得的成形极限无法准确评估零件失稳的问题。
[0020]2)通过装置上的应变测量系统，可快速、准确地测量板料在双线性应变路径下的极限应变。
【附图说明】
[0021]图1为金属薄板试样置于压边圈上的剖视结构示意图。其中，主缸1、上横梁2、压边横梁3、压边弹簧4、拉延筋5、试样6、凹模7、下模板8、下顶出缸9、照明灯10、摄像头11、螺栓12、上凸模13、反拉深凸模14、压边圈15、下横梁16。
[0022]图2为上凸模下行并与凹模接触后的剖视结构示意图。其中，主缸1、上横梁2、压边横梁3、压边弹簧4、拉延筋5、试样6、凹模7、下模板8、下顶出缸9、照明灯10、摄像头11、螺栓12、上凸模13、反拉深凸模14、压边圈15、下横梁16。
[0023]图3为反拉深凸模上行后的剖视结构示意图。其中，主缸1、上横梁2、压边横梁3、压边弹簧4、拉延筋5、试样6、凹模7、下模板8、下顶出缸9、照明灯10、摄像头11、螺栓12、上凸模13、反拉深凸模14、压边圈15、下横梁16。
[0024]图4为预变形为单向拉伸的试样形状图。
[0025]图5为预变形为平面应变的试样形状图。
[0026]图6为预变形为双向等拉的试样形状图。
【具体实施方式】
[0027]实施例1
[0028]一种双线性应变路径下成形极限测量装置，包括主缸1、上横梁2、压边横梁3、压边弹簧4、拉延筋5、试样6、凹模7、下模板8、下顶出缸9、照明灯10、摄像头11、螺栓12、上凸模13、反拉深凸模14、压边圈15和下横梁16 ;主缸1与上横梁2连接，摄像头11、照明灯10固定在上横梁2上，压边弹簧4通过螺栓12固定于压边横梁3上，上凸模13与压边横梁3连接，凹模7上设有拉延筋5，凹模7与下模板8连接，下模板8下方有下横梁16，反拉深凸模14位于试样6下方与下顶出缸9连接，试样6固定在压边圈15上，压边圈15在压边弹簧4下方。上凸模13为中心开孔的柱形凸模，其下端面为圆弧过渡；压边弹簧4固定于压边横梁3上，向板料施加压边力；拉延筋5形状为半圆形截面；反向拉深凸模14为半球形刚性凸模；上凸模13中心孔用于应变测量系统的拍摄；
[0029]—种双线性应变路径下成形极限测量方法，包括以下步骤:
[0030]1)对试样6进行切割，试样6形状为图4所示的预变形为单向拉伸的试样；
[0031]2)在试样6表面印制网格；
[0032]3)将试样6固定在压边圈15上，将摄像头11、照明灯10固定在上横梁2上，完成测量系统的对焦；
[0033]4)上凸模13下行，带动试样6产生应变，待上凸模13与凹模7接触并压紧后，上凸模13停止下行，反拉深凸模14在下顶出缸9的驱动作用下上行，直至板料发生颈缩或破裂；
[0034]5)采用应变测试分析系统测量颈缩或破裂处的应变，得到材料在双线性应变路径下的成形极限。
[0035]本装置能够测量金属薄板单向拉伸-双向等拉、平面应变-双向等拉和双向等拉-双向等拉复杂应变状态下的成形极限，可实现金属薄板在复杂应变路径下的成形极限测量难题，解决了传统的在单一应变路径下测得的成形极限无法准确评估零件失稳的问题。同时，获得的双线性应变路径下的成形极限，对CAE仿真模拟也有重要意义。
【主权项】
1.一种双线性应变路径下成形极限测量装置，其特征在于，包括主缸(1)、上横梁(2)、压边横梁(3)、压边弹簧(4)、拉延筋(5)、试样(6)、凹模(7)、下模板(8)、下顶出缸(9)、照明灯(10)、摄像头(11)、螺栓(12)、上凸模(13)、反拉深凸模(14)、压边圈(15)和下横梁(16);主缸⑴与上横梁(2)连接，摄像头(11)、照明灯(10)固定在上横梁(2)上，压边弹簧⑷通过螺栓(12)固定于压边横梁(3)上，上凸模(13)与压边横梁(3)连接，凹模(7)上设有拉延筋(5)，凹模(7)与下模板(8)连接，下模板(8)下方有下横梁(16)，反拉深凸模(14)位于试样(6)下方与下顶出缸(9)连接，试样(6)固定在压边圈(15)上，压边圈(15)在压边弹簧(4)下方。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，上凸模(13)为中心开孔的柱形凸模，其下端面为圆弧过渡。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，拉延筋(5)形状为方形或半圆形截面。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，反向拉深凸模(14)为半球形或非对称形状刚性凸模。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，上凸模(13)中心孔用于应变测量系统的拍摄。6.一种根据权利要求1所述装置的测量方法，其特征在于，具体步骤如下: 1)对试样(6)进行切割，试样(6)根据不同应变状态切割成不同的形状； 2)在试样(6)表面印制网格或散斑； 3)将试样(6)固定在压边圈(15)上，将摄像头(11)、照明灯(10)固定在上横梁(2)上，完成测量系统的对焦； 4)上凸模(13)下行，带动试样(6)产生应变，待上凸模(13)与凹模(7)接触并压紧后，上凸模(13)停止下行，反拉深凸模(14)在下顶出缸(9)的驱动作用下上行，直至试样(6)发生颈缩或破裂； 5)采用应变测试分析系统测量颈缩或破裂处的应变，得到材料在双线性应变路径下的成形极限。
【专利摘要】一种双线性应变路径下成形极限测量装置及测试方法，属于金属板料成形技术领域。包括：主缸，上横梁，压边横梁，压边弹簧，拉延筋等；将试样固定在压边圈上，将摄像头、照明灯固定在上横梁上，完成测量系统的对焦；上凸模下行，带动试样产生应变，待上凸模与凹模接触并压紧后，反拉深凸模在下顶出缸的驱动作用下上行，直至试样发生颈缩或破裂；采用应变测试分析系统测量颈缩或破裂处的应变，得到材料在双线性应变路径下的成形极限。优点在于：可快速、准确地测量板料在双线性应变路径下的极限应变。
【IPC分类】G01N3/28
【公开号】CN105300816
【申请号】CN201510672946
【发明人】郑学斌, 李涛, 杨建炜, 韩龙帅, 李晓刚, 姚野, 王宝川, 刘立现, 赵宁, 陈庆, 李春光, 金磊, 张伟
【申请人】首钢总公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年10月16日