CN105223090A - 一种基于dic技术的汽车薄板flc曲线测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于DIC技术的汽车薄板FLC曲线测定装置及方法，包括材料试验机、摄像机、计算机及胀形试验装置；胀形试验装置包括上底座、凹模、压边圈、下底座及冲头。上底座固定于材料试验机安装平台上，凹模连接在上底座下面，压边圈安装在下底座上面，下底座固定于材料试验机升降平台上，冲头安装在液压缸上。提升升降平台将试样夹紧在凹模和压边圈之间，利用液压缸使冲头将试样冲压出裂纹，摄像机拍下试样网格形变过程，计算机采用DIC软件计算出极限应变值；更换试样至得到所有试样的极限应变值，将各极限应变值点连接成线，绘制出汽车薄板的FLC曲线。本发明便于操作，省时省力，可极大提高测量精度，便于对颈缩现象的观察和研究。

Description

一种基于DIC技术的汽车薄板FLC曲线测定装置及方法

技术领域

本发明属于汽车板成形性能检验领域，尤其涉及一种基于DIC技术的汽车薄板FLC曲线测定装置及测定方法。

背景技术

FLC曲线(FormingLimitedCurve，成形极限曲线)是评定薄板成形性能最直观和有效的方法，在汽车板冲压成形中使用十分广泛。FLC曲线的理论研究对于揭示板料成形过程中的实效原因、实效规律和精度求解工程问题等方面具有重要意义。

针对FLC曲线的实验、理论和数值分析一直是国内外众多学者研究的热点。经过广泛的方法研究，通过胀形试验方法获得的FLC曲线的方式被认可。在胀形实验过程中，为得到尽可能多的与实际生产过程中相对应的变形状态，不同形状的试样被冲压直至出现颈缩并断裂，采用传统的网格法(CGA，CircleGridAnalysis)或数字图像相关技术(DIC，DigitalImageCorrelation)测量试件表面断裂口附近的主应变值，最后将各个试件的主应变值点绘制成关于主-次应变的坐标系，即绘制出FLC曲线。

传统的网格法(CGA技术)或者数字图像相关技术(DIC技术)由于只能在实验结束后对变形试件进行测量来得到应变值，并不能对实验过程(试件颈缩至破裂)进行具体跟踪，因此实验数据的精度低；由于受到光线及钢板表面质量的影响，经常需要重复试验，浪费了大量的人力物力资源。同时，由于实验工作的经验与手法因人而异，同样造成该方法在应变值的测量精度、准度方面存在着一定的误差，实验成本也比较高。

发明内容

本发明旨在提供一种能够实现对试件表面网格的形变进行连续获取，并能对试件颈缩至破裂的过程进行研究分析，省时省力，并可提高测量精度的基于DIC技术的汽车薄板FLC曲线测定的装置及方法。

为此，本发明所采取的解决方案是：

一种基于DIC技术的汽车薄板FLC曲线测定装置，包括材料试验机，其特征在于，增设摄像机、计算机及胀形试验装置；胀形试验装置包括上底座、凹模、压边圈、下底座及冲头；凹模与压边圈均是由底板和圆柱台组成的“凸”形，圆柱台通过螺栓连接在矩形底板上，圆柱台中间带有冲孔，底板前后边沿上开有卡槽；凹模圆柱台上设有定位孔，压边圈圆柱台上表面与凹模定位孔对应位置上设有定位销；圆柱形冲头的上端带有半球形压头；上底座通过螺栓固定于材料试验机上端安装平台上，凹模通过螺栓连接在上底座下面，压边圈安装在下底座上面，下底座通过螺栓固定于材料试验机升降平台上，冲头安装在材料试验机下面的液压缸上；摄像机与计算机连接。

所述摄像机为带有4个摄像头的高速摄像机。

所述凹模下表面与压边圈上表面即两者对应面的冲孔边沿均带有一圈凸台。

一种基于DIC技术的汽车薄板FLC曲线测定方法，其具体过程为：

1、准备一组20～180mm不同宽度的汽车薄板试样，试样中心部位宽度小，周围压边部分宽度大，边部过渡圆滑，并在试样上表面印制边长为2mm的网格，试样下表面粘贴一块厚度为3～4mm的圆形硅胶垫。

2、将试样放置在压边圈上面，启动材料试验机提升升降平台，将压边圈与凹模闭合，使压边圈定位销插入在凹模定位孔内，并将试样夹紧在凹模和压边圈之间。

3、将连接好的摄像机和计算机放置在材料试验机的上方，使摄像机镜头对准凹模冲孔，并调整好摄像机的光圈和角度。

4、启动材料试验机液压缸，使冲头缓慢上升，冲头上端半球形压头对试样进行冲压拉伸，直至试样出现裂纹为止，摄像机拍下整个试样和网格形变过程，并将整个图像传输给计算机。

5、计算机采用数字图像相关技术即DIC软件对整个变形过程中试样的表面应变图像进行处理，并计算出试样的极限应变值。

6、更换不同宽度的试样，重复进行步骤2～5，直至得到该组所有试样的极限应变值。

7、根据计算机软件计算出的不同宽度试样的应变变化云图，将各极限应变值点连接成线，即绘制出该组汽车薄板的FLC曲线。

本发明的有益效果为：

本发明将数字图像相关技术(DIC技术)成功应用于网格的应变测量，避免了传统胀形实验装置中标定块的使用；模具设计采用“双动式”，即压边圈向上运动与凹模合模实现对板料的压紧，凸模(冲头)向上运动实现对板料的冲压胀形，操作方便；高速摄像机的采光度调整方便，便于实现实验过程中对试样表面网格应变的连续获取；试样涵盖20-180mm不同宽度，同时在实验过程中改善润滑条件，保证塑性失稳发生在板料中心部位，便于对颈缩现象进行观察和研究；本发明简单实用，便于操作，省时省力，并可极大提高测量精度。

附图说明

图1是汽车薄板FLC曲线测定装置结构示意图；

图2是凹模主视图；

图3是压边圈立体图；

图4是冲头主视图。

图中：冲头1、下底座2、试样3、材料试验机4、安装平台5、高速摄像机6、计算机7、上底座8、凹模9、压边圈10、升降平台11、液压缸12、凹模底板131、压边圈底板132、凹模圆柱台141、压边圈圆柱台142、凹模底板卡槽151、压边圈底板卡槽152、凹模凸台161、压边圈凸台162、定位孔17、凹模冲孔181、压边圈冲孔182、定位销19、压头20。

具体实施方式

由图1可见，本发明汽车薄板FLC曲线测定装置系由材料试验机4、高速摄像机6、计算机7及胀形试验装置所组成。带有4个摄像头的高速摄像机6与计算机7连接。材料试验机4由4根导柱支撑，导柱上端设有安装平台5，下部设有升降平台11，底部装有液压缸12，升降平台11可沿着导柱上下运动。

胀形试验装置包括冲头1、下底座2、上底座8、凹模9及压边圈10组成。冲头1整体为一圆柱体，在圆柱体的上端带有半球形压头20(见图4)。图2显示，凹模8与压边圈10形状基本形同，其整体形状均为“凸”形。凹模8由凹模底板131、凹模圆柱台141组成，凹模圆柱台141通过螺栓连接在矩形凹模底板131上，凹模圆柱台141中间带有凹模冲孔181，凹模冲孔181边沿上设有一圈凹模凸台161，在凹模圆柱台141下表面(与压边圈圆柱台142对应面)设有2个定位孔17，凹模底板131前后边沿上各开有2个凹模底板卡槽151。图3显示，压边圈10由压边圈底板132、压边圈圆柱台142组成，压边圈圆柱台142通过螺栓连接在压边圈底板132上，压边圈圆柱台142中间带有压边圈冲孔182，压边圈冲孔182边沿上设有一圈压边圈凸台162，压边圈圆柱台142上表面与凹模9定位孔17对应位置上设有2个定位销19，压边圈底板132前后边沿上各开有2个凹模底板卡槽151。

上底座8通过螺栓固定于材料试验机4导柱上端的安装平台5上，凹模9通过螺栓连接在上底座8的下面，压边圈10安装在下底座2的上面，下底座2通过螺栓固定于材料试验机4的升降平台11上，冲头1安装在材料试验机4下面的液压缸12上。且冲头1的轴线与凹模冲孔181中心线、压边圈冲孔182中心线三者重合。

本发明汽车薄板FLC曲线测定方法的具体过程为：

1、准备一组20～180mm不同宽度的汽车薄板试样3，试样3中心部位宽度小，周围压边部分宽度大，边部过渡圆滑，并在试样3上表面印制有边长为2mm的网格，试样3下表面粘贴一块厚度为3～4mm的圆形硅胶垫。

2、将试样3放置在压边圈10的上面，启动材料试验机4提升升降平台11，将压边圈10与凹模9闭合，使压边圈10的定位销19插入在凹模9的定位孔17内，从而将试样3夹紧在凹模圆柱台141和压边圈圆柱台142之间。

3、将连接好的高速摄像机6和计算机7放置在材料试验机4的上方，使高速摄像机6的镜头对准凹模冲孔181，并调整好高速摄像机6的光圈和角度。

4、启动材料试验机4的液压缸12，使冲头1缓慢上升，冲头1上端半球形压头20对试样3进行冲压拉伸，直至试样3出现裂纹为止，由于凹模9的冲孔边沿上设有凹模凸台161，压边圈10的冲孔边沿上设有压边圈凸台162，在冲压过程中试样3的压紧部分不会发生材料流动，可以确保汽车薄板FLC曲线的准确性。同时冲压过程中，高速摄像机6拍下整个试样3和网格形变过程，并将整个图像传输给计算机7。

5、计算机7采用数字图像相关技术即DIC软件对整个变形过程中试样3的表面应变图像进行处理，并计算出试样的极限应变值。

6、更换不同宽度的试样3，重复进行步骤2～5，直至得到该组所有试样3的极限应变值。

7、根据计算机7软件计算出的不同宽度试样3的应变变化云图，将各极限应变值点连接成线，即绘制出该组汽车薄板的FLC曲线。

Claims (4)

1.一种基于DIC技术的汽车薄板FLC曲线测定装置，包括材料试验机，其特征在于，增设摄像机、计算机及胀形试验装置；胀形试验装置包括上底座、凹模、压边圈、下底座及冲头；凹模与压边圈均是由底板和圆柱台组成的“凸”形，圆柱台通过螺栓连接在矩形底板上，圆柱台中间带有冲孔，底板前后边沿上开有卡槽；凹模圆柱台上设有定位孔，压边圈圆柱台上表面与凹模定位孔对应位置上设有定位销；圆柱形冲头的上端带有半球形压头；上底座通过螺栓固定于材料试验机上端安装平台上，凹模通过螺栓连接在上底座下面，压边圈安装在下底座上面，下底座通过螺栓固定于材料试验机升降平台上，冲头安装在材料试验机下面的液压缸上；摄像机与计算机连接。

2.根据权利要求1所述基于DIC技术的汽车薄板FLC曲线测定装置，其特征在于，所述摄像机为带有4个摄像头的高速摄像机。

3.根据权利要求1所述基于DIC技术的汽车薄板FLC曲线测定装置，其特征在于，所述凹模下表面与压边圈上表面即两者对应面的冲孔边沿均带有一圈凸台。

4.一种应用权利要求1所述基于DIC技术的汽车薄板FLC曲线测定装置的方法，其特征在于，具体过程为：

(1)、准备一组20～180mm不同宽度的汽车薄板试样，试样中心部位宽度小，周围压边部分宽度大，边部过渡圆滑，并在试样上表面印制边长为2mm的网格，试样下表面粘贴一块厚度为3～4mm的圆形硅胶垫；

(2)、将试样放置在压边圈上面，启动材料试验机提升升降平台，将压边圈与凹模闭合，使压边圈定位销插入在凹模定位孔内，并将试样夹紧在凹模和压边圈之间；

(3)、将连接好的摄像机和计算机放置在材料试验机的上方，使摄像机镜头对准凹模冲孔，并调整好摄像机的光圈和角度；

(4)、启动材料试验机液压缸，使冲头缓慢上升，冲头上端半球形压头对试样进行冲压拉伸，直至试样出现裂纹为止，摄像机拍下整个试样和网格形变过程，并将整个图像传输给计算机；

(5)、计算机采用数字图像相关技术即DIC软件对整个变形过程中试样的表面应变图像进行处理，并计算出试样的极限应变值；

(6)、更换不同宽度的试样，重复进行步骤(2)～(5)，直至得到该组所有试样的极限应变值；

(7)、根据计算机软件计算出的不同宽度试样的应变变化云图，将各极限应变值点连接成线，即绘制出该组汽车薄板的FLC曲线。