CN103940681A - 一种金属板料多道次渐进成形极限成形性能测试方法 - Google Patents

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Abstract

一种金属板料多道次渐进成形极限成形性能测试方法，在多块板料上分别印制好圆形网格，在三维造型程序中构建多个成形道次的几何模型，使一块板料被夹持在渐进成形机上的支撑板和压板之间，通过工具头对板料至少进行一次中间道次渐进变形，通过工具头对板料进行最终道次渐进变形，使板料出现破裂，量取板料上破裂位置的网格尺寸，依据网格原始尺寸以及变形后椭圆网格的长轴尺寸、短轴尺寸来计算应变，在程序中选取不同的中间道次渐进变形的次数或不同的中间道次渐进变形后的截面形状，至少再重复第三、四、五、六步一次，将所有破裂位置的应变数据汇总，绘制FLD图。本发明得到的破裂成形极限图可以为多道次渐进成形的破裂预测提供依据。

Description

一种金属板料多道次渐进成形极限成形性能测试方法
技术领域
本发明属于金属板料成形技术领域，尤其涉及一种多道次渐进成形的极限成形性能的测试方法。
背景技术
金属板料渐进成形技术一种适用于单件、小批量钣金产品的柔性制造技术。该技术借助“分层制造”的思想，采用一成形工具头在数控系统的控制下做等高线运动，将板料逐层成形。该成形方法省去了高昂的模具制造费用，使钣金产品的生产实现了数字化和定制化。
极限成形性能是渐进成形领域重要的研究方向。金属板料在渐进成形中的成形性能要远高于普通冲压。例如，相关研究表明，板料在常温渐进成形中的最大延伸率可超过300%。在以往的研究成果中，通常用最大成形极限角和破裂成形极限图（FLD）来表征渐进成形的极限成形性能。但对于所有相关研究仅限于单道次渐进成形，至今为止并没有关于多道次渐进成形极限成形性能的测试方法。在单道次渐进成形中，绝大部分的变形区域发生的是纯剪切变形（只有在一些极端工况下会出现第二主应变方向的变形），因此最大成形极限角可以很直观的反应出材料发生塑性变形的能力。但在多道次渐进成形中，板料变形过程较为复杂，在第二主应变方向存在较为明显的变形，因此无法使用成形极限角来表征极限成形性能，只能通过破裂成形极限图来表征。
GB/T15825.8-2008规定了金属薄板成形极限图（FLD）的实验室测定方法，其通过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。显然这种方法无法测定金属板料渐进成形状态下的成形极限图。
103324779A的文献公开了一种板料渐进成形极限图的测定方法，是一种基于“直槽试验法”的改进方法，其精度较差。而且，渐进成形是一种分层制造方法，成形轨迹为等高线，虽然该文献名称上表述为板料渐进成形极限图的测定方法，实际上并不是一种采用分层制造技术的渐进成形的板料的测定方法。该方案也仅适用于单道次渐进成形，不适用于多道次渐进成形。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单易行且适用于金属板料多道次渐进成形的极限成形性能测试方法，为预测破裂提供基本依据。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种金属板料多道次渐进成形极限成形性能测试方法，
第一步：在多块板料上分别印制好圆形网格，
第二步：在三维造型程序中构建多个成形道次的几何模型，
第三步：使一块板料被夹持在渐进成形机上的支撑板和压板之间，
第四步：通过工具头对板料至少进行一次中间道次渐进变形，
第五步：通过工具头对板料进行最终道次渐进变形，使板料出现破裂， 
第六步：量取板料上破裂位置的网格尺寸，依据网格原始尺寸                                               以及变形后椭圆网格的长轴尺寸、短轴尺寸来计算应变、，其计算方法为:
,，
第七步：在程序中选取不同的中间道次渐进变形的次数或不同的中间道次渐进变形后的截面形状，至少再重复第三、四、五、六步一次，
第八步：将所有破裂位置的应变数据汇总，绘制FLD图。
优选地：经过中间道次渐进变形后板料4的截面形状为倒梯形。
优选地：倒梯形的底角。
优选地：倒梯形的底角为10、20、30、40、50、60或者70。
优选地：最终道次渐进变形后板料4的截面形状为倒梯形,。
有益效果：
1、操作步骤简便；
2、仅仅需要进行少量板料的成形就可以得到绘制破裂成形极限图所需要的数据；
3、本发明得到的破裂成形极限图可以为多道次渐进成形的破裂预测提供依据，填补了以往研究工作的空白。
附图说明
图1是金属板料多道次渐进成形极限成形示意图。
图2是网格测量示意图。
附图标记名称如下：1、夹具底座；2、支撑板；3、压板；4、板料；5、工具头；6、中间道次成形形状；7、中间道次成形形状；8、中间道次成形形状；9、最终道次成形形状。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1、图2所示，一种金属板料多道次渐进成形极限成形性能测试方法包括成形试验和应变测量两部分工作。
基于本发明的金属板料多道次渐进成形极限成形性能测试方法，包括如下步骤。
第一步：在多块板料上分别印制好圆形网格，圆形网格可以采用划线法、电化学腐蚀法、印像法来制作。
第二步：使用三维造型软件，在三维造型软件中构建各成形道次的几何模型。
第三步：生成第二步中所有模型的数控加工代码。
第四步：把夹具底座1安装在渐进成形机床工作台上，然后将支撑板2、压板3按照图1所示放置，在支撑板2和压板3中间放置印制好圆形网格的板料4。用紧固螺栓把支撑板2和压板3固定在夹具底座1上。用成形工具头5触碰压板3的内边缘和板料4的上表面，建立成形坐标系。
第五步：通过工具头5对板料4至少进行一次中间道次渐进变形。经过中间道次渐进变形后板料4的形状为圆台形，其截面形状为倒梯形，倒梯形的底角。在本发明中板料4经过中间道次渐进变形后板料4的底角可以分别为10o、20o、30o、40o、50o、60o和70o。板料4在经过若干次中间道次渐进变形的过程中，后一次中间道次渐进变形后板料4的底角大于前一次中间道次渐进变形后板料4的底角，也就是说经过后一次中间成形道次渐进变形后板料4的容积大于前一次中间成形道次渐进变形后板料4的容积。也就是说按照倒梯形的底角从小到大的顺序选取若干次的中间成形道次进行成形。板料4经过中间道次渐进变形后，在图1中表现为中间道次成形形状6、中间道次成形形状7、中间道次成形形状8。当然经过中间道次渐进变形后板料4的形状也可以是半球形，其截面形状为半圆形。
第六步：通过工具头5对板料4进行最终道次渐进变形，使板料出现破裂。待工件出现破裂后停止加工，在图1中表现为板料4的最终道次成形形状9。倒梯形底角，当底角为90时，板料4的截面形状为矩形，板料4的形状为圆筒形。一般来说，在程序中可以设定板料4的加工深度，使板料4的底角达到90时板料破裂，当然也有可能在底角还没达到90板料4出现破裂。
第七步：量取板料4上破裂位置的网格尺寸，依据网格原始尺寸以及变形后椭圆网格的长轴尺寸、短轴尺寸来计算应变、，其计算方法为:
,。
第八步：在程序中选取不同的中间道次渐进变形的次数与中间道次渐进变形后的截面形状，至少再重复第四、五、六、七步一次。也就是说第二次实验中，板料4的中间道次渐进变形的次数与第一次实验不同或者至少有一次经过中间道次渐进变形后的板料4的截面形状与第一次实验中经过中间道次渐进变形后的板料4的截面形状都不同。在本实施例中要么第二次实验中中间道次渐进变形的次数与第一次实验中中间道次渐进变形的次数不同；要么在中间道次渐进变形的次数相同的情况下第二次实验中至少有一次底角的角度与第一次实验中底角的角度不同；当然也可以在中间道次渐进变形的次数与第一次不同的情况下，第二次实验中至少有一次底角的角度与第一次实验中底角的角度不同。以此类推，在第三次实验中，要么第三次实验中中间道次渐进变形的次数与第一次实验及第二次实验中中间道次渐进变形的次数都不同；如果在第三次实验中中间道次渐进变形的次数与第一次实验次数相同的情况下第三次实验中至少有一次底角的角度与第一次实验中底角的角度不同，如果在第三次实验中中间道次渐进变形的次数与第二次实验次数相同的情况下第三次实验中至少有一次底角的角度与第二次实验中底角的角度不同；当然也可以在中间道次渐进变形的次数与第一次实验及第二次实验不同的情况下，第三次实验中至少有一次底角的角度与第二次实验中底角的角度不同或者第三次实验中至少有一次底角的角度与第一次实验中底角的角度不同。也就是说，通过不同的实验条件来获取数据，使得实验数据更加可靠。总的来说，就是通过选择不同的中间道次次数、不同的底角，来使得每次实验的条件各不相同。
第九步：将所有破裂位置的应变数据汇总，绘制FLD图。

Claims (5)

1.一种金属板料多道次渐进成形极限成形性能测试方法，
第一步：在多块板料（4）上分别印制好圆形网格，
第二步：在三维造型程序中构建多个成形道次的几何模型，
第三步：使一块板料（4）被夹持在渐进成形机上的支撑板（2）和压板（3）之间，
其特征在于：
第四步：通过工具头（5）对板料（4）至少进行一次中间道次渐进变形，
第五步：通过工具头（5）对板料（4）进行最终道次渐进变形，使板料（4）出现破裂， 
第六步：量取板料（4）上破裂位置的网格尺寸，依据网格原始尺寸                                               以及变形后椭圆网格的长轴尺寸、短轴尺寸来计算应变、，其计算方法为:
,，
第七步：在程序中选取不同的中间道次渐进变形的次数或不同的中间道次渐进变形后的截面形状，至少再重复第三、四、五、六步一次，
第八步：将所有破裂位置的应变数据汇总，绘制FLD图。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：经过中间道次渐进变形后板料（4）的截面形状为倒梯形。
3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于：倒梯形的底角。
4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于：倒梯形的底角为10、20、30、40、50、60或者70。
5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：最终道次渐进变形后板料（4）的截面形状为倒梯形,。
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