CN102353598B

CN102353598B - 复合应变路径成形试验装置

Info

Publication number: CN102353598B
Application number: CN 201110194526
Authority: CN
Inventors: 祝洪川; 吴青松; 刘吉斌; 胡吟萍; 李荣锋; 葛锐
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2031-07-12
Also published as: CN102353598A

Abstract

本发明涉及一种复合应变路径成形试验装置，该装置包括有分裂式球形冲头，所述的分裂式球形冲头由第一冲头、第二冲头、第三冲头和第四冲头组成，整体呈半球形，所述的第一冲头与第二冲头组成顶升冲头，第三冲头和第四冲头分别位于顶升冲头两侧；冲头顶杆的一端与顶升冲头连接，冲头顶杆的另一端伸出模座；凹模的内腔设置有分离模，分离模与分裂式球形冲头相适配。本发明的有益效果在于：1、结构简单，使用方便。2、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，为金属薄板在复杂应变路径下成形极限的检测创造了条件，有利于金属薄板材料成形性能的研究。

Description

复合应变路径成形试验装置

技术领域

本发明涉及一种复合应变路径成形试验装置，该装置用于厚度为0.3～2mm的金属薄板材料在胀形+拉延的复合应变路径下的成形极限测试和研究。

背景技术

成形极限是金属薄板成形领域中重要的性能指标和工艺参数，反映金属薄板在塑性失稳前所能取得的最大变形程度。为确定金属薄板拉伸失稳的成形极限,人们从理论和实验等方面提出了许多研究与评价方法。成形极限图也称成形极限曲线，常用FLD或FLC表示。成形极限图是判断和评定金属薄板成形性的最为简便和直观的方法，它可以较好地反映金属薄板的极限变形能力，定量衡量金属薄板冲压成形性能的好坏。金属薄板成形性能的好坏通常以成形极限加以区分，成形极限的大小同金属薄板在变形过程中的应变路径密切相关，在不同应变路径下得到的金属薄板成形极限相差很大。

现有的成形极限曲线（FLC）是金属薄板在不同线性应变路径下一系列成形极限应变数据点在应变平面上拟合得到的一条曲线，其检测方法在GB/T24171.2-2009和ISO12004-2：2008中有具体规定。采用预应变的方法进行的复合应变路径的成形极限测试，由于预应变的难度和应变测量的不连续，这会造成检测的成形极限不是很准确，不利于对成形性能好坏的研究。

公告号为CN2676182Y，公告日为2005年2月2日，专利名称为一种成形极限试验用模具的专利公开了一种由凹模、压边圈、刚性球型凸模和活塞组成的成形极限试验用模具，该模具只能完成单纯的胀形变形或拉延变形。公开号为CN201681026U，公开日为2010年12月22日，专利名称为一种板材成形极限测试装置公开了一种成形极限测试装置，该装置包括凹模、凸模、凹模固定板、凸模固定板等部件，该装置虽能完成成形极限的测试，但仍然不能满足复合应变路径测试的需要。

因此我们需要一种结构简单、使用方便，能同时完成不同装置下才能完成的复合应变路径测量的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合应变路径成形试验装置，该装置结构简单，使用方便，能实现金属薄板材料在胀形+拉延的复合应变路径下的成形极限测试和研究。

本发明所采用的技术方案是：

一种复合应变路径成形试验装置，包括有凸模、凹模和压边模，其特征在于：所述的凸模包括有分裂式球形冲头、冲头顶杆和模座，所述的分裂式球形冲头由第一冲头、第二冲头、第三冲头和第四冲头组成，整体呈半球形；第一冲头、第二冲头、第三冲头和第四冲头通过冲头连杆与模座连接；所述的第一冲头与第二冲头连接为一整体，组成横截面呈工字结构的顶升冲头，第三冲头和第四冲头分别位于顶升冲头工字结构的腹板的两侧；冲头顶杆的一端与顶升冲头连接，冲头顶杆的另一端伸出模座；所述的凹模的内腔设有分离模，分离模通过定位杆与凹模固定；所述的分离模包括有两个凸块和一个凹槽，两个凸块分别与第三冲头、第四冲头相适配，凹槽与顶升冲头相适配；凹模上开有与凹模内腔相连通的通孔，该凹模上的通孔与分离模上的通孔同轴，组成一个长通孔；所述的长通孔可以用于应变测量系统的拍摄；凹模、压边模和模座通过导杆依次串联连接。

按上述方案，分离模的顶端与凹模内腔的顶面之间设有垫块，垫块上设有通孔，通孔与分离模上的通孔同轴。

按上述方案，所述的冲头顶杆的下端设有呈十字的限位横杆。

按上述方案，所述的压边模包括压边圈和压边顶杆，压边顶杆的一端与压边圈连接，压边顶杆的另一端伸出模座。

按上述方案，压边圈和分裂式球形冲头之间设置有垫圈。

复合应变路径成形试验装置的运动分为三个阶段：（1）压边顶杆推动压边圈压紧圆形的金属薄板试样；（2）模座承载分裂式球形冲头对金属薄板试样进行胀形变形，直到垫圈压紧金属薄板试样；（3）在金属薄板试样的胀形变形高度达到设定值时，冲头顶杆继续推动分裂式球形冲头的顶升冲头，使顶升冲头与分离模发生冲裁作用，将已变形成球形的金属薄板试样的顶部剪切为条带状，并继续使金属薄板试样发生拉延变形直至破裂。由于试样形状的改变导致约束条件的变化，其顶部材料的流动方式从胀形变形过渡到拉延变形，从而达到在一次试验过程中获得胀形变形+拉延变形的复合应变路径的试验效果。

一种使用复合应变路径成形试验装置的方法，包括如下步骤：

（1）将垫块和分离模置于凹模的内腔内，并用定位杆固定；将冲头顶杆的一端穿过模座后，再与由第一冲头和第二冲头组成的顶升冲头连接；将第一冲头、第二冲头、第三冲头和第四冲头通过冲头连杆与模座连接；在分裂式球形冲头的外设置压边圈，将压边顶杆的一端穿过模座后，再与压边圈连接，在分裂式球形冲头和压边圈之间设置垫圈；将带网格的金属薄板试样置于压边圈和凹模之间，再将导杆依次穿过凹模、压边圈和模座；将与应变测量系统相连的摄像头置于凹模通孔上方。

（2）推动压边顶杆，使压边圈和凹模将金属薄板试样压紧。

（3）推动冲头顶杆，使顶升冲头往上顶金属薄板试样进行胀形变形；继续往上推冲头顶杆，使顶升冲头与分离模产生对金属薄板试样的冲裁作用，将已变形为球形的金属薄板试样的顶部剪切为条带状，这时金属薄板试样发生拉延变形。

原理：针对薄板成形试验中复合应变路径对成形极限影响研究的需要，设计了一种胀形变形+拉延变形的复合应变路径成形试验装置，配合相应的成形试验机和在线应变测量系统，该装置能够在一次试验中完成不同预应变大小的胀形变形到拉延破裂的成形极限测量。

本发明的有益效果在于：1、结构简单，使用方便。2、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，为金属薄板在复杂应变路径下成形极限的检测创造了条件，有利于金属薄板材料成形性能的研究。

附图说明

图1是采用复合应变路径成形试验装置将金属薄板试样压紧时的剖视结构示意图。

图2是采用复合应变路径成形试验装置将金属薄板试样进行胀形变形时从前往后看的剖视结构示意图。

图3是采用复合应变路径成形试验装置将金属薄板试样进行胀形变形时从左往右看的剖视结构示意图。

图4是采用复合应变路径成形试验装置将金属薄板试样剪切、拉延变形时的剖视结构示意图。

图5是分裂式球形冲头的正视结构示意图。

图6是分裂式球形冲头的左视结构示意图。

图7是分裂式球形冲头的俯视结构示意图。

图8是分离模的仰视结构示意图。

图9是分离模的竖剖结构示意图。

图10是分离模的横剖结构示意图。

图11是模座仰视结构示意图。

图12是模座竖剖结构示意图。

图13是模座横剖结构示意图。

图14是压边圈的俯视结构示意图。

图15是压边圈的竖剖结构示意图。

图16是压边圈的横剖结构示意图。

图17是垫块的仰视结构示意图。

图18是垫块的竖剖结构示意图。

图19是垫块的横剖结构示意图。

图20是凹模的仰视结构示意图。

图21是凹模的竖剖结构示意图。

图22是凹模的横剖结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例。

参见图1至图22，一种复合应变路径成形试验装置，包括有凸模、凹模1和压边模，所述的凸模包括有分裂式球形冲头3、冲头顶杆9和模座6，所述的分裂式球形冲头3由第一冲头3-1、第二冲头3-2、第三冲头3-3和第四冲头3-4组成，整体呈半球形；第一冲头3-1、第二冲头3-2、第三冲头3-3和第四冲头3-4通过4根冲头连杆13固定在模座6上；在试验时，分裂球形冲头3的胀形动作由模座6支撑。所述的第一冲头3-1与第二冲头3-2连接为一整体，组成横截面呈工字结构的顶升冲头，第三冲头3-1和第四冲头3-4分别位于顶升冲头工字结构的腹板3a的两侧；所述的冲头顶杆7的下端设置呈十字的限位横杆9，冲头顶杆7的上端穿过模座6与顶升冲头连接；在试验时，冲头顶杆7用于推动分裂球形冲头3的顶升冲头执行金属薄板试样12的剪切和拉延变形。所述的凹模1的内腔1-2内依次设置有垫块10和分离模11，并通过定位杆14与凹模1固定；垫块10上的通孔10-1、分离模11上的通孔11-3与凹模1上的通孔1-1同轴，组成一个长通孔，长通孔用于应变测量系统相连的摄像头的拍摄，该摄像头将金属薄板试样12的变形传给应变测量系统，应变测量系统对金属薄板试样12顶部的变形情况进行跟踪测量。所述的分离模11包括有两个凸块11-1和一个凹槽11-2，两个凸块11-1分别与第三冲头3-3、第四冲头3-4相适配，凹槽11-2与顶升冲头相适配。所述的压边模包括压边圈4和压边顶杆8，压边顶杆8的一端与压边圈4连接，压边顶杆8的另一端伸出模座6，压边圈4的压边动作由四根压边顶杆8推动完成，在分裂式球形冲头3和压边圈4之间设置垫圈5，垫圈5的高度可根据胀形的高度来调整。凹模1、压边圈4、模座6通过导杆2依次串联连接，且导杆2固定在模座6上。金属薄板试样12置于凹模1与压边圈4之间。

（1）将垫块10和分离模11置于凹模1的内腔1-2内，并用定位杆14固定；将冲头顶杆7的一端穿过模座6后，再与由第一冲头3-1和第二冲头3-2组成的顶升冲头连接；将第一冲头3-1、第二冲头3-2、第三冲头3-3和第四冲头3-4通过冲头连杆13与模座6连接；在分裂式球形冲头3的外设置压边圈4，将压边顶杆8的一端穿过模座6后，再与压边圈4连接，在分裂式球形冲头3和压边圈4之间设置垫圈5；将带网格的金属薄板试样12置于压边圈4和凹模1之间，再将导杆2依次穿过凹模1、压边圈4和模座6；将与应变测量系统相连的摄像头置于凹模1上的孔1-1中。

（2）参见图1，推动压边顶杆8，使压边圈4和凹模1将金属薄板试样12压紧。

（3）参见图2、图3和图4，推动冲头顶杆7，使顶升冲头往上顶金属薄板试样12进行胀形变形；继续往上推冲头顶杆7，使顶升冲头与分离模11产生对金属薄板试样12的冲裁作用，将已变形为球形的金属薄板试样12的顶部剪切为条带状，这时金属薄板试样12发生拉延变形。

以上所述的金属薄板试样12采用圆形，且直径Φ180，厚度0.3～2mm。

原理为：先在金属薄板试样12上印制网格（圆、方网格或散斑），将金属薄板试样冲压直至破裂，试验中用网格自动应变测试分析系统（ARAMIS）对变形的网格进行记录，分析后得到材料的极限应变，将测得的一系列极限应变数据点连接得到材料相应应变路径下的FLC。

本发明可以有效解决胀形+拉延这种组合应变路径下材料成形极限的检测难题，通过一次连续的试验方便地完成不同预应变大小的胀形变形到拉延破裂的成形极限的测量。其过程为：一定直径的带有网格的圆形试样→压边→在线应变测量→胀形变形→（试样结构的变化）→拉延变形→试样破裂。

本发明对于形状复杂或多工序条件下零件的CAE模拟具有实际应用意义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改，等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种复合应变路径成形试验装置，包括有凸模、凹模和压边模，其特征在于：所述的凸模包括有分裂式球形冲头、冲头顶杆和模座，所述的分裂式球形冲头由第一冲头、第二冲头、第三冲头和第四冲头组成，整体呈半球形；第一冲头、第二冲头、第三冲头和第四冲头通过冲头连杆与模座连接；所述的第一冲头与第二冲头连接为一整体，组成横截面呈工字结构的顶升冲头，第三冲头和第四冲头分别位于顶升冲头工字结构的腹板的两侧；冲头顶杆的一端与顶升冲头连接，冲头顶杆的另一端伸出模座；所述的凹模的内腔设有分离模，分离模通过定位杆与凹模固定；所述的分离模包括有两个凸块和一个凹槽，两个凸块分别与第三冲头、第四冲头相适配，凹槽与顶升冲头相适配；凹模上开有与凹模内腔相连通的通孔，该凹模上的通孔与分离模上的通孔同轴，组成一个长通孔；凹模、压边模和模座通过导杆依次串联连接。

2.如权利要求1所述的复合应变路径成形试验装置，其特征在于：分离模的顶端与凹模内腔的顶面之间设有垫块，垫块上设有通孔，通孔与分离模上的通孔同轴。

3.如权利要求1所述的复合应变路径成形试验装置，其特征在于：所述的冲头顶杆的下端设有呈十字的限位横杆。

4.如权利要求1所述的复合应变路径成形试验装置，其特征在于：所述的压边模包括压边圈和压边顶杆，压边顶杆的一端与压边圈连接，压边顶杆的另一端伸出模座。

5.如权利要求4所述的复合应变路径成形试验装置，其特征在于：压边圈和分裂式球形冲头之间设置有垫圈。