CN101294947B - 获得差厚激光拼焊板平面极限应变的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获得差厚激光拼焊板平面极限应变的试验装置及方法，由上夹片和分段下夹片组成夹板机构，拼焊板拉伸试件位于上夹片和分段下夹片之间，在分段下夹片和底座之间安装高度调节片，将分段下夹片和高度调节片固定在底座上，上夹片与顶部压板之间安装滑块，上夹片与滑块采用穿过顶部压板中部的螺栓固接，将装置安装在常规板材拉伸试验机中进行单拉试验，测量其极限应变值即可，本发明能够获得较佳的平面应变状态，试验结果稳定；结构简单、试验成本低；操作简便，试验效率高，试验后试件仍为平整状态。

Description

获得差厚激光拼焊板平面极限应变的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及板料成形加工领域，特指一种测试差厚激光拼焊板成形性能时使用的装置及方法，主要用于准确、快速地获得差厚激光拼焊板的平面极限应变。

背景技术

差厚激光拼焊板是由两块不同厚度的板材在落料后、冲压成形前采用激光焊接在一起，以满足不同部位零件的性能、厚度等要求，其中母材可以具有不同的机械性能和电镀类型。差厚激光拼焊板中母材性质差别以及焊缝的存在改变了传统单一板材的塑性成形规律，使其整体成形性能显著下降。

为了得到所需形状，需要了解拼焊板的成形性能，以判断其在成形过程中何时、何处会发生破裂，从而采取措施加以避免。如何正确、有效地评价差厚激光拼焊板的成形性能成为汽车和钢铁工业界十分关心的问题。

成形极限图反映了差厚激光拼焊板冲压成形过程中的大部分应变状态和成形工作模式，能够直观、有效地评定其成形性能，对拼焊板冲压工艺过程和模具设计具有重要的指导作用，目前已成为拼焊板成形领域中一个十分重要的性能指标和工艺参数。平面极限应变值是成形极限图中最重要的指标，它反映了差厚激光拼焊板成形极限曲线位置的高低，代表着拼焊板局部极限变形能力的大小，能够定量评定不同拼焊板材料成形性能的好坏，对实际生产有着重要的指导意义。

根据生产统计结果，大多数冲压件的失效形式都处于平面应变或接近平面应变的变形状态，拼焊板大部分成形工作模式都为近似平面应变状态，测得的平面极限应变数据足以辅助模具工程师进行选材和设计工作。因此，对实际生产而言，提出一种获得差厚激光拼焊板平面极限应变的方法，替代或简化目前众多的模拟工艺试验和繁琐的成形极限试验，使其成为一种评价拼焊板综合成形性能的基本手段，无疑是一顶非常有益的工作。

到目前为止，国内外学者在普通单一板平面应变试验方法方面已进行了一些探索。获得普通板平面极限应变的试验方法主要有：1、利用边缘带切口的拉伸试件获得平面应变状态；2、宽板拉伸试验法；3、半球凸模胀形试验法，通过改变试件宽度和润滑条件获得平面应变状态；4、方形平底凸模胀形试验法，利用方形平底模具和特殊尺寸的平面应变拉伸试件获得平面极限应变状态。实践经验证明，以上几种平面应变试验方法均存在其局限性：具体是：1、对于边缘切口的拉伸试件试验法，仅靠试件边缘的切口这种几何约束无法获取可靠的平面极限应变状态。2、宽板拉伸试验法测得的平面极限应变值次应变轴数据偏大，尽管其试验装置和试件简单，但在实验过程中，随着压紧区材料的减薄，夹头无法充分压紧试件，造成试件上螺纹孔间串联破裂。3、半球凸模胀形法获得的结果稳定性较差，受试件宽度的影响较大，造成试验工作量和试验成本成倍增长。4、方形平底凸模胀形试验结果比较稳定，极限点的应变状态也十分接近平面应变；但试件变形区是一斜面，给测量带来一定困难，延长了试验周期；而且需设计制作专用模具和试件，试验成本较高。

如上所述，目前已有的平面应变试验方法存在着结果稳定性差、工作量大、不适用差厚拼焊板等问题，在实际生产中如何快速、简便和准确地获得差厚激光拼焊板的平面极限应变值成为一个重要课题。

发明内容

针对传统平面应变试验结果稳定性差、工作量大、不适用差厚拼焊板等问题，考虑到拼焊板的厚度差异，本发明提出一种可以准确、快速获得差厚激光拼焊板平面极限应变的试验装置及试验方法。采用本发明所述装置及方法，可准确、快速地获得差厚激光拼焊板的平面极限应变，且该装置结构简单、制作成本低、操作简便、试验结果准确稳定。

本发明获得差厚激光拼焊板平面极限应变的试验装置采用以下技术方案来实现：由上夹片和分段下夹片组成夹板机构，拼焊板拉伸试件位于上夹片和分段下夹片之间，在分段下夹片和底座之间安装高度调节片，将分段下夹片和高度调节片固定在底座上，上夹片与顶部压板之间安装滑块，上夹片与滑块采用穿过顶部压板中部的螺栓固接。

本发明获得差厚激光拼焊板平面极限应变的试验方法依次包括以下步骤：

a、采用试验材料制作拼焊板拉伸试件，并在拼焊板拉伸试件上印制坐标网格；

b、根据拼焊板母材厚度差值，选择相应厚度的高度调节片将下夹片垫成具有厚度阶梯的分段下夹片；

c、将印制好网格的拼焊板拉伸试件具有厚度差的一面朝下，放在分段下夹片上，通过调整拼焊板拉伸试件的位置，使焊缝位于分段下夹片的交接处；

d、将螺栓在顶部压板中旋进，在接触到滑块的同时施加夹紧力，使上夹片和分段下夹片牢固夹紧拼焊板拉伸试件；

e、将步骤d装置安装在常规板材拉伸试验机中进行单拉试验，直至拼焊板拉伸试件出现明显颈缩或裂纹时停机；

f、取出拼焊板拉伸试件，测量其极限应变值，即为差厚激光拼焊板材料的平面极限应变值。

本发明具有以下优点：

1、能够获得较佳的平面应变状态，试验结果稳定。采用夹板机构夹持平面应变拉伸试件能够有效限制试件宽度方向的收缩，获得较佳的平面应变状态；整个试验过程中试件圆弧槽部分中无摩擦，为平整状态，避免了由于摩擦和人为读数原因等造成的误差，可获得稳定的测试结果。

2、结构简单、试验成本低。本发明涉及的获得差厚激光拼焊板平面极限应变的试验装置零部件数量少、制作成本低；对于每种拼焊板一般只需进行1～3次试验即可，避免了反复试验，消耗试件材料少，试验成本低。

3、操作简便，试验效率高。采用本发明涉及的获得差厚激光拼焊板平面极限应变的试验装置及方法进行试验时，所需操作步骤少、易于操作；只需结合常规板材拉伸试验机即可获得理想的平面应变状态，试验后试件仍为平整状态，便于测量应变，试验速度快、周期短。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的试验装置；

图2为拼焊板拉伸试件8的形状示意图；

图3为拼焊板拉伸试件8试验时的安装结构图；

图中：1.螺栓，2.顶部压板，3.滑块，4.上夹片，5.分段下夹片，6.高度调节片，7.底板，8.拼焊板拉伸试件。

图4为图1中滑块3的结构示意图；

图5为图1中上夹片4的结构示意图；

图6为图1中分段下夹片5的结构示意图；

图7为图1中高度调节片6的结构示意图。

具体实施方式

图1～7所示，为本发明提出的获得差厚激光拼焊板平面极限应变的试验装置，主要由夹板机构、分段夹片高度差结构、夹紧机构和拼焊板平面应变拉伸试件组成。其中夹板机构由上夹片4和分段下夹片5组成，拼焊板拉伸试件8位于上夹片4和分段下夹片5之间，夹板机构可夹持拼焊板拉伸试件8，有效限制其宽度方向的收缩，在拼焊板拉伸试件8中产生平面应变状态。夹片4与滑块3采用螺纹固接，在分段下夹片5和底座7之间安装高度调节片6，将分段下夹片5和高度调节片6固定在底座7上。其中分段夹片高度差结构由分段下夹片5和高度调节片6配合组成，利用高度调节片6将下夹片5垫成具有厚度阶梯的分段下夹片，以适应差厚激光拼焊板的厚度差异。其中夹紧机构由六角头螺栓1、顶部压板2、滑块3和底座7组成，在上夹片4与顶部压板2之间安装滑块3，用于产生夹持试件8的夹紧力，上夹片4与滑块3采用穿过顶部压板2中部的螺栓1固接，其中顶部压板2与底座7螺纹固结，顶部压板2中部设有螺纹通孔，并与螺栓1配合，滑块3侧面设有与底座7侧壁对应的定位槽。

拼焊板拉伸试件8为带圆弧槽的拼焊板拉伸试件，焊缝布置为垂直于主应变方向，使得在拉伸试验中，应变集中发生在试件8的圆弧槽部分处。

六角头螺栓1在顶部压板2中旋进，在接触到滑块3的同时施加夹紧力，使上夹片4和分段下夹片5牢牢夹紧平面应变拉伸试件8。将试件8连同图1所示装置安装在常规板材拉伸试验机中进行拉伸试验。由于平面应变拉伸试件8中开圆弧槽，应变将集中发生在试件8的圆弧槽部分处，而此处由于被上夹片4和分段下夹片5夹紧，试件无法在宽度方向收缩，随着试件的不断伸长，该处将逐渐达到平面极限应变状态。

利用所述装置获得差厚激光拼焊板平面极限应变的具体试验过程依次如下：先采用试验材料制作拼焊板拉伸试件8，并在拼焊板拉伸试件8上印制坐标网格；根据拼焊板母材厚度差值，选择相应厚度的高度调节片6将下夹片5垫成具有厚度阶梯的分段下夹片；将印制好网格的拼焊板拉伸试件8具有厚度差的一面朝下，放在分段下夹片5上，通过调整拼焊板拉伸试件8的位置，使焊缝位于分段下夹片5的交接处。然后再将六角头螺栓1在顶部压板2中旋进，在接触到滑块3的同时施加夹紧力，使上夹片4和分段下夹片5牢牢夹紧拼焊板拉伸试件8；最后将拼焊板拉伸试件8连同图1所示装置安装在常规板材拉伸试验机中进行单拉试验，直至拼焊板拉伸试件8出现明显颈缩或裂纹时停机。试验后取出拼焊板拉伸试件8，测量其极限应变值，即为差厚激光拼焊板材料的平面极限应变值。

Claims (4)

1.一种获得差厚激光拼焊板平面极限应变的试验装置，其特征在于：由上夹片(4)和分段下夹片(5)组成夹板机构，拼焊板拉伸试件(8)位于上夹片(4)和分段下夹片(5)之间，在分段下夹片(5)和底座(7)之间安装高度调节片(6)，将分段下夹片(5)和高度调节片(6)固定在底座(7)上，上夹片(4)与顶部压板(2)之间安装滑块(3)，上夹片(4)与滑块(3)采用穿过顶部压板(2)中部的螺栓(1)固接。

2.根据权利要求1所述的获得差厚激光拼焊板平面极限应变的试验装置，其特征在于：滑块(3)的侧面设有与底座(7)侧壁对应的定位槽。

3.根据权利要求1所述的获得差厚激光拼焊板平面极限应变的试验装置，其特征在于：拼焊板拉伸试件(8)为带圆弧槽的拉伸试件，焊缝布置为垂直于主应变方向。

4.一种权利要求1所述的获得差厚激光拼焊板平面极限应变的试验装置的试验方法，其特征在于依次包括以下步骤：

a、采用试验材料制作拼焊板拉伸试件(8)，并在拼焊板拉伸试件(8)上印制坐标网格；

b、根据拼焊板母材厚度差值，选择相应厚度的高度调节片(6)将分段下夹片(5)垫成具有厚度阶梯的分段下夹片；

c、将印制好网格的拼焊板拉伸试件(8)具有厚度差的一面朝下，放在分段下夹片(5)上，通过调整拼焊板拉伸试件(8)的位置，使焊缝位于分段下夹片(5)的交接处；

d、将螺栓(1)在顶部压板(2)中旋进，在接触到滑块(3)的同时施加夹紧力，使上夹片(4)和分段下夹片(5)牢固夹紧拼焊板拉伸试件(8)；

e、将步骤d装置安装在常规板材拉伸试验机中进行单拉试验，直至拼焊板拉伸试件(8)出现明显颈缩或裂纹时停机；

f、取出拼焊板拉伸试件(8)，测量其极限应变值，即为差厚激光拼焊板材料的平面极限应变值。

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