CN102172672A - 一种测量冷冲件拉延成形中应变的方法及测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量冷冲件拉延成形中应变的方法及测量装置，该装置包括承载台、凸模机构、毛坯压边机构；冷冲件毛坯由金属电印打标机印上批量黑色圆点，放于承载台上，压边圈放置冷冲件毛坯上对其压边，成形时凸模推板在压力机顶杆推动下带动凸模上行完成坯料的拉延成形，由测量机对变形冷冲件毛坯上表面进行测量，由于测量机无法获取黑色圆点的数据，圆点处留下空洞，获得坯料整体点云后，将黑色圆点边界进行拟合，由成形前后圆点沿各方向的长度变化量，求得坯料各处的应变值，本发明能够获得实际拉延成形过程中任意时刻变形工件的应变数据，效率高，一次可测量到大批量测点，为拉延成形件的质量控制及工艺优化提供科学的依据。

Description

一种测量冷冲件拉延成形中应变的方法及测量装置

技术领域

本发明涉及金属塑性成形领域，尤其涉及一种测量冷冲件拉延成形中应变的方法及测量装置。

背景技术

拉延成形是板料冷冲压成形中的一种常用的成形方式，常用于汽车覆盖件的成形。板料在拉延成形时易出现的缺陷有回弹、起皱、拉裂等，为了消除这些缺陷，提高产品的成形精度，通常需要先求解板料在成形过程中的应变情况，从而做进一步的力学分析。目前获得成形过程中应变的方法主要是采用有限元模拟技术，但是有限元模拟通常是建立在许多假设条件下，与实际成形状况还有一些差距。在实际生产中，要获得冷冲件在塑性成形中的应变比较困难，目前通常采用的方法有电阻应变片测量法，这种方法主要是将应变片粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，应变片也随之变形而使应变片的电阻发生变化，再由专用仪器测量其电阻变化从而转换为测点的应变值。该方法可以用于少量测点的应变测量，但是如果要测量大批量点时则处理起来非常繁琐、耗时。

发明内容

本发明的首要目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种测量冷冲件拉延成形中应变的方法，该方法可以不接触测量试件，并且同时对大批量点进行测量，获得在成形过程中及成形后任意时刻各点的应变情况。

本发明的另一目的在于提供上述测量冷冲件拉延成形中应变方法的测量装置。

本发明通过下述技术方案实现：

一种测量冷冲件拉延成形中应变的装置，包括承载台、凸模机构、毛坯压边机构；所述承载台的中部自上而下开设有两个相互贯穿且同轴的孔，其中下孔大于上孔；所述毛坯压边机构包括毛坯压边圈和等距设置在毛坯压边圈上表面周围的柱体；所述凸模机构包括凸模和凸模推板，所述凸模设置于凸模推板之上；所述凸模的上部置于承载台的上孔内，并与上孔滑动配合；所述凸模推板置于承载台的下孔内，并与下孔滑动配合。

所述凸模和上孔均为正方体形状，所述凸模的上表面为曲面形状或者平面形状；所述柱体为设置在毛坯压边圈上表面周围的至少3根方形柱体；所述下孔为圆形孔和凸模推板均为圆形板。

上述测量冷冲件拉延成形中应变的装置的测量方法，如下步骤：

(1)采用金属电印打标机在冷冲件毛坯上待测地方电印上多个均布的黑色圆点；

(2)采用不干胶做成相同直径的圆点贴在冷冲件毛坯的黑色圆点上，然后在冷冲件毛坯上喷上白色的显影剂，去掉不干胶后，除了电印在冷冲件毛坯上的圆点为黑色外，其余地方均为白色；

(3)将冷冲件毛坯放置在承载台与压边圈之间，用压力机对柱体施加压力，使压边圈对冷冲件毛坯施加压边力；压力机顶杆将凸模推板向上顶，使凸模往上行，对冷冲件毛坯进行拉延成形；

(4)当拉延到欲测位置时，凸模停止上行并保持不动，采用测量机(非接触式三维测量仪)对冷冲件毛坯上表面进行测量，获得冷冲件毛坯2成形末端的形状，测量机对黑色物体不感光，无法采集黑色圆点的数据，仅能获得冷冲件毛坯上白色部位的形状数据，黑色部分留下一个圆形空洞；

(5)将冷冲件毛坯上圆形空洞周围的点云拟合成圆或椭圆，然后根据各圆变形前后的长度变化量，求出变形末端冷冲件毛坯上表面各点处的应变分布，即得出冷冲件毛坯各处的应变值。

上述步骤(4)对冷冲件毛坯上表面具体测量方法为，通过调整测量机的高度及光栅投影设备的焦距，将测量机的光栅调至最清晰，对冷冲件毛坯进行拍摄，由于黑色圆点不感光，摄像头无法采集到黑色圆点处的数据，黑色圆点部分仅留下空洞；拍摄完后在计算机中删除不需要的点云数据及噪音点，即得到变形冲件毛坯型面点云数据。

上述步骤(1)中具体电印方法为，将电印模板纸平铺于冷冲件毛坯2上，打标机接上电源后，用打标头沾上打标液均匀涂于模板纸上，低电压在打标液的帮助下使毛坯金属表面局部离子化，使冷冲件毛坯2表面印上与模板纸相同的图案，图案深度约为0.01mm～0.05mm。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

本发明提供的用于拉延件应变的测量方法及装置，可以实时测量冷冲件毛坯在拉延成形过程中各点的变形状况，快速获得出大量点的应变数据，由于本测量方法通过本装置的结合，基于实际成形过程，因此可以获得更为准确的冷冲件毛坯应变数据，不仅可以用来校准计算机有限元模拟结果，也可以为冷冲件毛坯等其他拉延件的成形质量控制及工艺优化提供可靠的科学依据；

本发明测量冷冲件拉延成形中应变的装置，具有结构简单，操作方便，设计合理等优点，在测量冷冲件拉延成形中应变的过程中相互配合，有效地保证了测量数据的可靠性。

附图说明

图1是本发明中所使用的金属电印打标机及打标完成后冷冲件毛坯上电印圆点的分布示意图。

图2是本发明测量冷冲件毛坯拉延成形中应变装置的剖视图结构示意图。

图3是本发明测量拉延成形中应变装置的俯视结构示意图。

图4是本发明在对冷冲件毛坯进行测量时的整个系统示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

如图2、3所示，本发明测量冷冲件拉延成形中应变的装置，包括承载台1、凸模机构、毛坯压边机构；所述承载台1的中部自上而下开设有两个相互贯穿且同轴的孔，其中下孔1-1大于上孔1-2；所述毛坯压边机构包括毛坯压边圈5和等距设置在毛坯压边圈上表面周围的柱体6；所述凸模机构包括凸模3和凸模推板4，所述凸模3设置于凸模推板4之上；所述凸模3的上部置于承载台1的上孔1-2内，并与上孔1-2滑动配合；所述凸模推板4置于承载台1的下孔1-1内，并与下孔1-1滑动配合。

所述凸模3和上孔1-2均为正方体形状，所述凸模3的上表面为曲面形状或者平面形状。所述下孔1-1为圆形孔，凸模推板4为圆形板。

所述柱体6为设置在毛坯压边圈5周围的至少3根方形柱体，用于传递压力机(图中未示出)的压边力至压边圈5上。

如图4所示，测量冷冲件拉延成形中应变的装置的测量方法，通过如下步骤实现：

(1)采用金属电印打标机8(参见图1)在冷冲件毛坯2上待测地方电印上多个均布的黑色圆点；

(2)采用不干胶做成相同直径的圆点贴在冷冲件毛坯2的黑色圆点上，然后在冷冲件毛坯2上喷上白色的显影剂，去掉不干胶后，除了电印在冷冲件毛坯上的圆点为黑色外，其余地方均为白色；

(3)将冷冲件毛坯2放置在承载台1与压边圈5之间，用压力机(图中未示出)对柱体6施加压力，使压边圈5对冷冲件毛坯2施加压边力；压力机顶杆7将凸模推板4向上顶，使凸模3往上行，对冷冲件毛坯2进行拉延成形；成型后的冷冲件毛坯2表面大致呈曲面。

(4)当拉延到欲测位置时，凸模3停止上行并保持不动，采用测量机9对弯曲的冷冲件毛坯2上表面进行测量，获得冷冲件毛坯2成形末端的形状，测量机9对黑色物体不感光，无法采集黑色圆点的数据，仅能获得冷冲件毛坯2上白色部位的形状数据，黑色部分留下一个圆形空洞；

(5)将冷冲件毛坯2上圆形空洞周围的点云拟合成圆或椭圆，然后根据各圆变形前后的长度变化量，求出变形末端冷冲件毛坯2上表面各点处的应变分布，即得出冷冲件毛坯2各处的应变值。

上述步骤(4)对冷冲件毛坯2上表面具体测量方法为，通过调整测量机9的高度及光栅投影设备9-1的焦距，将测量机9的光栅调至最清晰，对冷冲件毛坯2进行拍摄，由于黑色圆点不感光，摄像头9-2无法采集到黑色圆点处的数据，黑色圆点部分仅留下空洞；拍摄完后在计算机中删除不需要的点云数据及噪音点，即得到变形冲件毛坯2型面点云数据。

如图1所示，上述步骤(1)中具体电印方法为，将电印模板纸8-1平铺于冷冲件毛坯2上，打标机8接上电源后，用打标头8-2沾上打标液8-3均匀涂于模板纸8-1上，低电压在打标液的帮助下使毛坯金属表面局部离子化，使冷冲件毛坯2表面印上与模板纸相同的图案，图案深度约为0.01mm～0.05mm。

金属电印打标机的作用是在冷冲件毛坯2上印上批量黑色圆点。该设备工作原理主要是利用电化学原理在多种金属上打印标识，其优点是清晰、耐久、永不脱落，便于跟踪。

测量机9(非接触式三维测量仪)主要用于采集冷冲件毛坯2处于变形中的实际形状，追踪圆点的形变；该测量机9主要通过光学测量来实现，光栅投影设备投影结构光到待测物体上，并加以粗细变化及位移，然后通过摄像头9-2接收所撷取的数字影像透过计算机运算处理，即可获得待测物(冷冲件毛坯2)的实际3D外型。该测量机9的一个特征是对深色物体，无法接收其返回的数字影像，因而通常要对深色物体进行显影处理，即在物体表面喷上一层白色的显影剂。本发明正是利用该特征，将需要追踪的部位黑色处理，从而可以判变该部位变形中的位置及形状变化。

如上所述便可较好的实现本发明。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种测量冷冲件拉延成形中应变的装置，其特征在于：包括承载台、凸模机构、毛坯压边机构；所述承载台的中部自上而下开设有两个相互贯穿且同轴的孔，其中下孔大于上孔；所述毛坯压边机构包括毛坯压边圈和等距设置在毛坯压边圈上表面周围的柱体；所述凸模机构包括凸模和凸模推板，所述凸模设置于凸模推板之上；所述凸模的上部置于承载台的上孔内，并与上孔滑动配合；所述凸模推板置于承载台的下孔内，并与下孔滑动配合。

2.根据权利要求1所述的测量冷冲件拉延成形中应变的装置，其特征在于：所述凸模的上表面为曲面形状或者平面形状。

3.根据权利要求1所述的测量冷冲件拉延成形中应变的装置，其特征在于：所述柱体为设置在毛坯压边圈周围的至少3根方形柱体。

4.根据权利要求2所述的测量冷冲件拉延成形中应变的装置，其特征在于：所述下孔为圆形孔和凸模推板均为圆形板。

5.权利要1～4中任一项所述的测量冷冲件拉延成形中应变的装置的测量方法，其特征在于如下步骤：

(1)采用金属电印打标机在冷冲件毛坯上待测地方电印上多个均布的黑色圆点；

(2)采用不干胶做成相同直径的圆点贴在冷冲件毛坯的黑色圆点上，然后在冷冲件毛坯上喷上白色的显影剂，去掉不干胶后，除了电印在冷冲件毛坯上的圆点为黑色外，其余地方均为白色；

(3)将冷冲件毛坯放置在承载台与压边圈之间，用压力机对柱体施加压力，使压边圈对冷冲件毛坯施加压边力；压力机顶杆将凸模推板向上顶，使凸模往上行，对冷冲件毛坯进行拉延成形；

(4)当拉延到欲测位置时，凸模停止上行并保持不动，采用测量机对冷冲件毛坯上表面进行测量，获得冷冲件毛坯成形末端的形状，测量机对黑色物体不感光，无法采集黑色圆点的数据，仅能获得冷冲件毛坯上白色部位的形状数据，黑色部分留下一个圆形空洞；

(5)将冷冲件毛坯上圆形空洞周围的点云拟合成圆或椭圆，然后根据各圆直径变形前后的长度变化量，求出变形末端冷冲件毛坯上表面各点处的应变分布，即得出冷冲件毛坯各处的应变值。

5、根据权利要4所述的测量冷冲件拉延成形中应变的装置的测量方法，其特征在于，步骤(4)对冷冲件毛坯上表面具体测量方法为，通过调整测量机的高度及光栅投影设备的焦距，将测量机的光栅调至最清晰，对冷冲件毛坯进行拍摄，由于黑色圆点不感光，摄像头无法采集到黑色圆点处的数据，黑色圆点部分仅留下空洞；拍摄完后在计算机中删除不需要的点云数据及噪音点，即得到变形冲件毛坯型面点云数据。

6.根据权利要4所述的测量冷冲件拉延成形中应变的装置的测量方法，其特征在于，步骤(1)中具体电印方法为，将电印模板纸平铺于冷冲件毛坯上，打标机接上电源后，用打标头沾上打标液均匀涂于模板纸上，低电压在打标液的帮助下使毛坯金属表面局部离子化，使冷冲件毛坯表面印上与模板纸相同的图案，图案深度约为0.01mm～0.05mm。

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