CN105021445B - 一种可旋性简易快速测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可旋性简易快速测试方法，属于机械技术领域，包括制备平板毛坯；将平板毛坯压紧固定在芯模上、随着芯模一起做旋转运动；对刀、建立工件坐标系、确定旋压轨迹路径、编制程序；运行程序旋压成形试件，至试件断裂时，读取断裂瞬间工件坐标；将读取的工件坐标代入计算公式,获得该金属材料可旋性的极限减薄率和极限半锥角表达方式；本发明测试装置简易、便捷高效、成本低、测试结果准确度高。
Description
技术领域
本发明涉及机械领域，尤其涉及一种可旋性简易快速测试方法。
背景技术
随着科学技术的发展，旋压已经成为机械制造中一种常见的塑性成形技术，应用领域也日益广泛，目前已经涉及航空、航天、汽车、核工业、重型机械、压力容器等诸多领域。
可旋性是指金属材料能承受强力旋压变形而不产生破裂的最大能力。对于旋压工艺技术人员而言，被加工材料的可旋性是旋压工艺实施前不可或缺的重要基础数据。
目前，金属材料可旋性常规的测定方法有锥形模试验、椭球模试验、楔入进给试验、逐次进给试验，主要不足如下：(1)锥形模试验需要配置一组锥角不等的模具逐个进行试验，操作较为繁琐，测试成本也较高；(2)椭球模试验需要在零件旋裂后，对破裂点位置的壁厚进行测定(二次测量)，然后通过公式换算给出金属材料的可旋性，壁厚测量值的准确度对测试结果影响较大；(3)楔入进给试验方法中楔入角的选取值对测试结果影响较大，测试过程中防止金属材料隆起的平旋轮与芯模的间隙对可旋性测试结果也有一定的影响；(4)逐次进给试验方法测定的结果一般而言会大于一次旋压测定的结果，测试过程中影响因素较多，操作也较为繁琐。
专利201310692486.5一种强力旋压的可旋性分析数值方法，公开了一种可旋性数值仿真分析计算方法，对有限元仿真中旋轮、芯轴三维模型的构建方式及工艺参数的选取过程进行了详细阐述，给出了可旋性数值分析的计算公式，属于可旋性计算的理论层面，对可旋性实际试验测试的参考意义不大，在实际应用中往往会存在误差。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，一种可旋性简易快速测试方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种可旋性简易快速测试方法，包括以下步骤：
1)制备测试过程中需要使用的作为试件的平板毛坯；制备平板毛坯可以采用冲压、机械加工等方法；
2)将所述平板毛坯压紧固定在芯模上，在主轴的驱动下，平板毛坯随着芯模一起做旋转运动；将平板毛坯压紧固定可以采用尾顶；
3)在机床坐标系下进行对刀，采用零点偏置手段建立工件坐标系，确定该坐标系下试件的旋压轨迹路径，编制程序；
4)运行程序旋压成形试件，该过程中始终要保证试件外缘基本垂直于芯模轴线，至试件断裂时，读取断裂瞬间工件坐标(Z，X)；
5)将读取的工件坐标(Z，X)，代入计算公式获得该金属材料可旋性的极限减薄率表达方式，代入计算公式获得该金属材料可旋性的极限半锥角表达方式。
作为优选的技术方案：步骤1)中，所述平板毛坯为方板、圆板或圆周形状不规则的平板，所述平板毛坯最小圆周方向尺寸D’与所述芯模直径D的大小关系为D’比D大30～80mm。
作为优选的技术方案：步骤2)中，所述芯模外型面结构是由直径为d的平面端头与半径为R的圆弧母线组成，所述芯模直径D＝2R，其中，R＝100～300mm,d＝(0.1～0.4)R。
作为优选的技术方案：步骤3)中，所述对刀是利用塞尺测定旋轮与芯模的间隙，旋轮形状为SR型，直径为40～350mm，圆角半径为10～40mm；零点偏置后，以所述芯模圆心为原点建立工件坐标系，旋压轨迹路径依据旋轮与芯模的间隙按照剪切旋压正弦率t＝tosinα不断变化的规律来确定。
作为优选的技术方案：步骤4)中，所述成形过程的进给比为0.5～3.5mm/r，主轴转速为30～120r/min。
作为优选的技术方案：步骤5)中，金属材料的可旋性计算公式推导过程为
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)测试装置简易：本发明的方法仅需要芯模和旋轮各1件作为测试装置，即可完成对金属材料的可旋性测试，在结构上较为简易；
2)便捷高效：本发明装置装夹便捷，操作简单高效，测试结果的求解过程无需进行大量运算，几乎在断裂瞬间即可获得，对可旋性的测试效率极高，相比现有的测试方法，效率可以提高70％以上；
3)成本低：本发明省去了大量不必要的模具加工制造周期和费用，对坯料的圆周形状要求较低，测试成本较低，相比现有的测试方法，成本可以降低60％以上；
4)测试结果准确度高：本发明有效地规避了在测试断裂点壁厚时引入的二次测量误差，也有效地规避了多次旋压所带来的道次影响因子，测试结果准确度高，相比现有的测试方法，准确度可以提高30％以上。
附图说明
图1为本发明实施例的可旋性简易快速测试装置示意图。
图中：1为平板毛坯，2为芯模，3为尾顶，4为旋轮，5为试件。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例：
参见图1，本实施例以某热处理条件下Q345B材料的可旋性测试为例，
本实施例中需要进行可旋性测试的材料为壁厚t为26.9mm的Q345B平板毛坯1，测试使用的芯模2直径D为φ493.2mm，芯模2平面端头直径d为φ60mm，旋轮4形状为SR型(其中，直径为φ300mm，圆角半径为40mm)；
依据芯模2直径D，确定下料尺寸为550mm×550mm，使用剪板机完成下料制坯工作；利用尾顶3将平板毛坯1压紧固定在芯模2上，在主轴的驱动下，平板毛坯1将随着芯模2一起作旋转运动；
在机床坐标系下，使用0.05mm塞尺测定旋轮4与芯模2的间隙，完成对刀工作，采用零点偏置手段，以芯模2圆心为原点建立工件坐标系，依据旋轮4与芯模2的间隙按照剪切旋压正弦率t＝tosinα不断变化的规律来确定旋压轨迹路径，进给比取为3mm/r，主轴转速取为100r/min，编制程序；
运行程序，当外缘发生前倾或后仰时，利用该装置电气控制系统的手轮微动补偿功能以及进给、转动倍率开关，对试件5外缘形貌进行在线修正，成形过程中始终保证试件外缘基本垂直于芯模轴线；至试件5断裂时，读取断裂瞬间工件坐标(120.238，228.780)。
将读取得到的工件坐标(120.238，228.780)，代入计算公式获得该金属材料可旋性的极限减薄率表达方式，代入计算公式获得该金属材料可旋性的极限半锥角表达方式。
本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本本发明，凡在本本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种金属材料可旋性简易快速测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备测试过程中需要使用的平板毛坯，即试件；
2)将所述试件压紧固定在芯模上，在主轴的驱动下，试件随着芯模一起做旋转运动；
3)在机床坐标系下进行对刀，采用零点偏置手段建立试件坐标系，零点偏置后，以所述芯模圆心为原点建立试件坐标系，然后确定该坐标系下试件的旋压轨迹路径，编制程序，所述旋压轨迹路径依据旋轮与芯模的间隙按照剪切旋压正弦率t’＝tsinα不断变化的规律来确定，其中，t’为平板毛坯变形区厚度；t为平板毛坯初始壁厚；α为平板毛坯变形区半锥角；所述芯模包括圆柱段和不规则圆头段，所述不规则圆头段由直径为d的平面端头与半径为R的圆弧母线组成，所述芯模直径D＝2R，其中，R＝100～300mm,d＝(0.1～0.4)R，所述芯模圆心为圆柱段和不规则圆头段相接触的横截面的圆心；
4)运行程序旋压成形试件，该过程中始终要保证试件外缘基本垂直于芯模轴线，至试件断裂时，读取断裂瞬间试件坐标(Z，X)；
5)将读取的试件坐标(Z，X)，代入计算公式获得该金属材料可旋性的极限减薄率表达方式，代入计算公式获得所述金属材料可旋性的极限半锥角表达方式。
2.根据权利要求1所述的一种金属材料可旋性简易快速测试方法，其特征在于：步骤1)中，所述平板毛坯为方板、圆板或圆周形状不规则的平板，所述平板毛坯最小圆周方向尺寸D’与所述芯模直径D的大小关系为D’比D大30～80mm。
3.根据权利要求1所述的一种金属材料可旋性简易快速测试方法，其特征在于：步骤3)中，所述对刀是利用塞尺测定旋轮与芯模的间隙，所述旋轮形状为圆弧旋轮，直径为40～350mm，圆角半径为10～40mm。
4.根据权利要求1所述的一种金属材料可旋性简易快速测试方法，其特征在于：步骤4)中，所述成形过程的进给比为0.5～3.5mm/r，主轴转速为30～120r/min。
5.根据权利要求1所述的一种金属材料可旋性简易快速测试方法，其特征在于：步骤5)中，金属材料的可旋性极限减薄率计算公式推导过程为
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