CN104614264A

CN104614264A - 薄板冲压成形中的模具拉毛损伤定量测试方法

Info

Publication number: CN104614264A
Application number: CN201410827373.6A
Authority: CN
Inventors: 王武荣; 韦习成; 王凯; 郑先坤; 赵玉璋
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2015-05-13

Abstract

本发明公开了一种薄板冲压成形中的模具拉毛损伤定量测试方法，基于耦合变形的摩擦试验对钢板成形时的拉毛损伤行为及机理进行了研究，提出了一种定量评价拉毛损伤的判据，并确定了拉毛损伤萌生的阀值，最后通过板材表面形貌的动态演变观测及分析对拉毛损伤的萌生进行了验证。本发明克服了现有对拉毛损伤评价方式的缺陷，直观的评估了板材成形中拉毛损伤的萌生，以期指导实际冲压成形过程中高强度钢板拉毛损伤的定量识别与抑制，从而可以降低修模成本。

Description

薄板冲压成形中的模具拉毛损伤定量测试方法

技术领域

本发明涉及一种模具寿命定量检测分析方法，特别是涉及一种模具拉毛损伤定量测试方法，应用于板材冲压成形技术领域。

背景技术

汽车用高强度钢在冲压成形的过程中需要较高的成形力，导致了钢板在冲压中易与模具黏着，形成黏结瘤而产生拉毛缺陷，从而使模具的修模成本提高。但拉毛是个逐渐的过程，仅靠定性的表面凸起判定不利于工程上快速检定拉毛程度，需要提出拉毛损伤定量判断标准及相应测试方法。

目前，在国内外所报道的可用来评价模具磨损的量化指标主要有以下几种。澳大利亚的D.M. Fabijanic等人用粗糙度(Ra、Rt)来表征模具表面的磨损程度，R值越大磨损越严重。荷兰的 V.F.Sajewski研究了模具表面单位尺寸内的峰值数 PPI 和磨损性能之间的关系，PPI 越大磨损会越严重，其原理和用粗糙度作为参数一样，单位尺寸的峰值数越多，认为拉毛越严重。瑞典的 B.Podgornik用产生磨损的临界接触压力和接触面间的摩擦系数评价抗磨损性能，临界接触压力越大、摩擦系数越小，抗磨损性能越好。另外，还有一些比较典型的参数如磨损面积相对比值、模具重量变化、拉伸过程中的声波以及摩擦系数也被用来评估模具的抗磨损性能。

如上所述中报道的评价参数从外观性貌、力学性能、重量变化以及声学特征等不同的角度来描述了板料拉毛，对评价拉毛缺陷有一定的借鉴意义。同时也应该认识到，拉毛缺陷虽然起源于模具磨损，但终究不能和模具磨损完全划等号，它主要表现为划伤，是模具磨损的一种特殊表现形式，如果单纯运用传统的测试方法来评价拉毛行为，必然会有许多局限性，所以需要根据对拉毛缺陷的几何特征描述，寻找合适的评价参数。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种薄板冲压成形中的模具拉毛损伤定量测试方法，基于耦合变形的摩擦试验对钢板成形时的拉毛损伤行为及机理进行了研究，提出了一种定量评价拉毛损伤的判据，并确定了拉毛损伤萌生的阀值，最后通过板材表面形貌的动态演变观测及分析对拉毛损伤的萌生进行了验证。本发明克服了现有对拉毛损伤评价方式的缺陷，直观的评估了板材成形中拉毛损伤的萌生，以期指导实际冲压成形过程中高强度钢板拉毛损伤的定量识别与抑制，从而可以降低修模成本。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下发明构思：

1.评价拉毛参数的确定

拉毛缺陷虽然起源于模具磨损，但终究不能和模具磨损完全划等号，它主要表现为划伤，是模具磨损的一种特殊表现形式，需要根据对拉毛缺陷几何特征描述，寻找合适的评价参数。

拉毛缺陷从外观上讲就是成形件表面划伤或划痕，可以从这个角度入手寻找适合评价冲压中钢板的表面拉毛缺陷。表面粗糙度是表示零件表面的微观几何形状，是表示零件表面微小不平程度的参数。

表面的损伤程度,因此选择粗糙度参数对板料表面损伤进行定量评价。各表面粗糙度的物理意义如下：

（1）. 轮廓算数平均偏差Ra

取样长度L内被测实际轮廓上各点至轮廓中线距离绝对值的算数平均值,即

（2）. 微观不平度十点高度Rz

在取样长度L内，被测表面5个最大轮廓峰高的平均值与5个最大轮廓的谷深的平均值之和。即

（3）. 轮廓最大高度Rz

在取样长度L内，轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离。峰顶线和谷底线平行于中线且分别通过轮廓最高点和最低点。即

在实际生产中，车身覆盖件上的表面损伤深度是判断零件是否合格的重要参数之一，如果最大划痕深度达到一定的数值，不仅成形件涂漆后无法满足美观、光泽等方面的要求而成为废品，甚至模具经过打磨修模后都有可能无法继续生产合格的产品，这样所造成的经济损失就非常大。因此，最大划痕深度是评价表面损伤缺陷的一个重要指标。本专利选取零件的表面粗糙度参数 Ry来评价板料表面损伤的严重程度。为了减小误差，所以选用粗糙度变化量作为拉毛损伤的定量评价参数。

2.测试方法

对于薄板冲压生产来说，往往并不是冲压件出现表面损伤就认为是废品，而是零件表面损伤达到一定程度后，满足不了某种功能需求，才被认为是废件。因此需要针对零件表面损伤评价参数的阀值进行研究。

采用耦合摩擦变形试验机模拟实际冲压过程中模具圆角部位的拉毛损伤情况。试验过程模具压头固定不换，板带依次替换，以保证压头一直处于和板材的“新鲜”表面摩擦的状态，直至拉毛的萌生。通过记录动态的摩擦系数，测量表面接触部位的粗糙度值及模具与板带表面接触部位的显微照片来定量评价拉毛的萌生。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种薄板冲压成形中的模具拉毛损伤定量测试方法，模拟实际冲压过程中模具压头的圆角部位和金属板材的摩擦条件，以一大批量的金属板材作为试验中的对偶材料试样试验对象，试验过程模具压头固定不换，金属板材依次替换，以保证模具压头表面与各金属板材表面一直处于初次摩擦的状态或初次往复摩擦状态，形成耦合摩擦变形试验装置，实验中实时测量模具压头和金属板材接触的摩擦力和正压力，并分别计算平均摩擦系数，同时实验中还测量模具压头和金属板材表面接触部位的粗糙度变化量ΔRy，此外实验中还拍摄测量模具压头和金属板材表面接触部位的显微照片，以批量试验中测量到的一系列平均摩擦系数和粗糙度变化量ΔRy作为数据基础，同时结合对批量显微照片的观察模具压头和金属板材的表面接触部位形貌，在模具压头和金属板材在滑动一段距离后，当粗糙度变化量ΔRy和平均摩擦系数都会有一个明显的跳跃性增长时，并且通过对显微照片的观察发现模具压头表面形成了块状的黏结瘤，通过对显微照片的还观察发现滑动过程中在金属板材表面造成了清晰的划痕或沟槽，则确定达到拉毛萌生临界状态，产生拉毛损伤，此时对应的粗糙度变化量ΔRy和平均摩擦系数则达到拉毛萌生的定量评价标准阀值。

作为本发明优选的技术方案，当实验中模拟模具压头和金属板材的摩擦条件时，以边界润滑作为润滑条件，用定量针筒将润滑油按照50-60 g/m²的边界润滑用油标准均匀涂覆在模具压头和金属板材表面。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

本发明基于薄板成形过程中对拉毛损伤的定量判断标准，根据板材表面拉毛损伤的几何特征，选择粗糙度变化量ΔRy作为拉毛损伤的定量评价参数，通过采用粗糙度变化值及平均摩擦系数的跃迁确定拉毛的萌生点，并根据表面形貌的微观分析进行了验证，实现相应测试方法，确定拉毛损伤萌生的临界值，指导实际冲压成形过程中高强度钢板拉毛损伤的定量识别。

附图说明

图1是本发明优选实施例作为对偶材料试样试验对象采用的金属板材形状示意图。

图2是本发明优选实施例采用的模具压头形状示意图。

图3是本发明优选实施例采用的耦合摩擦变形的摩擦实验装置原理图。

图4是本发明优选实施例采用的耦合摩擦变形的摩擦实验装置结构示意图。

图5是本发明优选实施例的金属板材表面粗糙度值变化量随滑动距离的变化情况图。

图6是本发明优选实施例在不同的摩擦距离的平均摩擦系数随滑动距离的变化情况图。

图7是本发明优选实施例的金属板材摩擦接触表面状态的显微照片。

图8是本发明优选实施例的模具压头摩擦接触表面状态的显微照片。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

在本实施例中，参见图1~图4，薄板冲压成形中的模具拉毛损伤定量测试方法，采用耦合变形的摩擦实验装置，实验原理如图3所示，首先沿F方向对钢带1施加一定载荷使其发生一定的变形，然后使压头2下压到一定量，通过驱动轮3张紧并弯曲钢带1，以模拟冲压成形过程中板材在拉延筋和压边力作用下在模具圆角处张紧弯曲变形的情况，最后以一定滑动速度沿着v的方向往复摩擦钢带1来模拟冲压速度。试验的单向行程为80 mm，试验装置如图 4所示，采用独立加载系统6，装置支架5内设置压头2，通过压力传感器4实时测量钢带1受力，通过在偏心轮上加挂砝码实现，通过丝杆传动结构实现载荷的传递与放大，利用一个可调节高度、具有一定圆弧角的压头2与钢带1的接触加载，以使钢带1在往复运动过程中同时产生摩擦与变形，即耦合变形的摩擦功能的实现。实验中实时测量摩擦力f和正压力N，根据公式μ=f/N 得到摩擦系数μ。

采用1mm厚的DP590热镀锌双相钢板为研究对象，试验中的对偶材料为淬回火处理的DC53冷作模具钢，热处理后硬度为 HRC60-62，表面粗糙度Ra约为0.4 μm。试验前用丙酮将板材进行清洗并从 1 开始依次编号，板材试样表面初始粗糙度Ry₀值约 1.1 μm，然后从 1 号试样开始进行耦合摩擦试验，每个往复周期替换一根试样，每个往复周期的滑动距离皆设定为 160 mm，每根板材试验后测量其表面接触部位的粗糙度值Ry_i(i=1,2,3…)。试验参数设置为：名义载荷90 N如图4中“G”，下压量50 mm，润滑条件为边界润滑，为保证较准确的润滑用油，用定量针筒将润滑油按照50-60 g/m²的边界润滑用油标准均匀涂覆在压头和钢带试样表面。

从图5和图6中可以看出，在滑动一段距离后Δ值和平均摩擦系数都会有一个明显的跳跃性增长，Δ值从4 μm突然增大到8 μm，平均摩擦系数在滑动距离为5120 mm时，会突然增大到0.65左右。

图7和图8分别是粗糙度变化值与平均摩擦系数发生跃迁时，板带试样和模具压头的表面状态，可以看到此时压头表面形成了块状的黏结瘤，滑动过程中在试样表面造成了很深的划痕与沟槽，形成拉毛损伤。以此可以验证粗糙度变化值与摩擦系数发生跃迁时钢板表面会出现拉毛损伤。并通过实例确定了DP590热镀锌钢板与DC53模具耦合变形过程中拉毛萌生的临界值。经过多次试验后初步确定在当Δ达到约8μm时，本实施例中DP590板材试样表面萌生了拉毛损伤。

本实施例基于耦合变形的摩擦试验对钢板成形时的拉毛损伤行为及机理进行了研究，确定了拉毛损伤萌生的阀值，最后通过板材表面形貌的动态演变观测及分析对拉毛损伤的萌生进行了验证。本发明克服了现有对拉毛损伤评价方式的缺陷，直观的评估了板材成形中拉毛损伤的萌生，以期指导实际冲压成形过程中高强度钢板拉毛损伤的定量识别与抑制，从而可以降低修模成本。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明薄板冲压成形中的模具拉毛损伤定量测试方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种薄板冲压成形中的模具拉毛损伤定量测试方法，其特征在于：模拟实际冲压过程中模具压头的圆角部位和金属板材的摩擦条件，以一大批量的金属板材作为试验中的对偶材料试样试验对象，试验过程模具压头固定不换，金属板材依次替换，以保证模具压头表面与各金属板材表面一直处于初次摩擦的状态或初次往复摩擦状态，实验中实时测量模具压头和金属板材接触的摩擦力和正压力，并分别计算平均摩擦系数，同时实验中还测量模具压头和金属板材表面接触部位的粗糙度变化量ΔRy，此外实验中还拍摄测量模具压头和金属板材表面接触部位的显微照片，以批量试验中测量到的一系列平均摩擦系数和粗糙度变化量ΔRy作为数据基础，同时结合对批量显微照片的观察模具压头和金属板材的表面接触部位形貌，在模具压头和金属板材在滑动一段距离后，当粗糙度变化量ΔRy和平均摩擦系数都会有一个明显的跳跃性增长时，并且通过对显微照片的观察发现模具压头表面形成了块状的黏结瘤，通过对显微照片的还观察发现滑动过程中在金属板材表面造成了清晰的划痕或沟槽，则确定达到拉毛萌生临界状态，产生拉毛损伤，此时对应的粗糙度变化量ΔRy和平均摩擦系数则达到拉毛萌生的定量评价标准阀值。