CN106825118B - 测量非线性应变路径下的成形极限试验装置及其试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非线性应变路径下的成形极限试验装置及试验方法，包括如下几方面：将试验装置的凸模和凹模均设计成中空形状，并让边部能够完全贴合；将试验样件切割成不同形状并放置于试验装置中，通过凹模的移动对试验样件进行一定程度的成形操作；在中空区域布置一个激光切割头，在成形极限试验过程中，通过改变激光切割头的位置，在试验样件上面进行不同形状的切割；通过搭配不同的初始样件尺寸及激光切割头工作位置，实现不同应变路径下的成形极限测试工作；本发明实现了成形极限试验过程中应变路径的改变，从而可以测量出非线性应变路径下的冲压成形极限。

Description

测量非线性应变路径下的成形极限试验装置及其试验方法
技术领域
本发明涉及冲压成形领域，特别涉及测量非线性应变路径下的冲压成形极限试验装置及其试验方法。
背景技术
冲压成形零件在抗碰撞性能、耐蚀性能和成本控制方面具有明显优势，是在保证安全性的前提下实现车身轻量化的最有效途径。冲压成形技术具有以下特点：①成形件的强度更高，屈服强度可达1100MPa，抗拉强度可达1500MPa；②几乎无回弹，零件精度更高，成形质量更好；③高温下材料塑性好，能一次成形更复杂的零件，可减少模具数量和成形工序。冲压技术可有效避免钢板在常温下成形具有回弹量大、成形性差的缺陷，已逐渐成为车身应用的主流趋势。
高温下金属材料的弹性模量及抗拉强度下降，且板料与模具间的摩擦系数增大，破裂在冲压成形中是最主要的成形缺陷。工业生产和学术研究中，通常都采用成形极限对冲压过程中的破裂进行有效预测。
非线性应变路径下的成形极限与线性应变路径下的成形极限具有一定的差异，实际冲压过程中，几乎所有区域的应变路径均属于非线性应变路径，仅极少的区域近似于线性应变路径，因此测量钢板的非线性应变路径下的成形极限，意义非常重要。线性应变路径的冷、热成形极限均可基于Nakazima试验完成，区别就在于热成形极限的测试过程中额外增加了一个保温装置；但是传统的非线性应变路径的冷成形极限测试需要进行预拉伸操作再进行冲压试验，通过预拉伸的方向和程度得到不同应变路径下的成形极限，这两个过程需要在两套不同的设备中完成。由于冲压成形过程中钢板的温度高达几百摄氏度，如果实验过程中途进行了卸载、换模具等操作，则钢板将因温度发生较大变化(因热辐射等引起温度快速下降)而发生组织相变最终改变材料性能。因此，在同一套实验装置中测量非线性应变路径下的成形极限具有非常重要的实际意义。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出一种根据上述提出的传统成形极限测试装置和测试方法不能实现非线性应变路径下的冲压成形极限测试等技术问题，而提供一种能够用于非线性应变路径下的成形极限的测试装置及其其测试(或者试验)方法。
本发明主要利用一个数控三维激光头在冲压成形过程中对金属板材进行试样局部切割，从而改变金属板材的受力状态，实现变形区域应变路径的转变，最终实现非线性应变路径成形极限的测试。
为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：
测量非线性应变路径下的冲压成形极限试验装置，包括：上模架、导套、导柱、凹模固定板、连接体、凹模、下模架、保压装置、压边圈、数控三维激光头和凸模；
下模架固定于预设的装置基座上，凸模可拆卸装配于下模架中部；
压边圈通过保压装置支撑设置于凸模正上方；
上模架固定于顶部下压机构上；
上模架与下模架之间通过多根导柱实现垂直导向，即上模架在导柱的导向作用下可纵向移动；
导套装配于上模架与导柱配合位置；
凹模固定板固定于下模架下端面；
连接体为中部开放式的连接架体结构，且固定于凹模固定板下端面；
凹模固定于连接体底端面，即凹模与压边圈之间间隙用于夹持试验样件；
其中，连接体、凹模、压边圈和凸模中心同轴；数控三维激光头设置于凹模上方的连接体内部开放空间内。
优选为，将凸模和凹模均设计成中空形状，并让边部能够完全贴合。
测量非线性应变路径下的冲压成形极限试验装置的试验方法，包括以下步骤：
S1.将金属板材进行切割，形成能够在凹模与压边圈之间稳定夹持的试验样件；
S2.将试验样件放置于压边圈上端面；
S3.通过控制下压机构促使凹模以固定速度下移，下移过程中凹模与凸模将试验样件夹紧并使样件变形，直至达到预变形所需的位移；
S4.保持压力不变，控制激光切割头在试验样件上沿着预设的切割形状进行切割；
S5.继续让凹模以同样的固定速度下移，直至试验样件出现裂口；
S6.取出试验样件，并根据裂口周围区域进行主应变和次应变的测量，最终得到一个非线性应变路径下的成形极限点；
S7.重复S1-S6的步骤，通过改变步骤S4中的切割形状，形成不同的非线性应变路径，最终可实现初始应变路径相同，次段应变路径不同的非线性应变路径下的成形极限；
S8.重复S1-S7的步骤，通过改变步骤S3中的预变形位移，实现初始应变路径不同，次段应变路径不同的非线性应变路径下的成形极限。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
本发明共7幅附图,其中：
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明所采用的初始金属板材试验样件形状。
图3为本发明所采用的金属板材试样切割形状示意图。
图4为本发明所采用的凹模结构剖面图。
图5为本发明所采用的凹模三维结构示意图。
图6为本发明所采用的凸模结构剖面图。
图7为本发明所采用的凸模三维结构示意图。
具体实施方式
如图1、图4、图5、图6和图7所示的一种测量非线性应变路径下的冲压成形极限试验装置，包括：上模架1、导套2、导柱3、凹模固定板4、连接体5、凹模6、下模架9、保压装置8、压边圈7、数控三维激光头11和凸模14；
下模架9固定于预设的装置基座上，凸模14可拆卸装配于下模架9中部；
压边圈7通过保压装置8支撑设置于凸模14正上方；
上模架1固定于顶部下压机构15上；
上模架1与下模架9之间通过多根导柱3实现垂直导向，即上模架1在导柱3的导向作用下可纵向移动；
导套2装配于上模架1与导柱3配合位置；
凹模固定板4固定于下模架9下端面；
连接体5为中部开放式的连接架体结构，且固定于凹模固定板4下端面；
凹模6固定于连接体5底端面，即凹模6与压边圈7之间间隙用于夹持试验样件13；
其中，连接体5、凹模6、压边圈7和凸模14中心同轴；数控三维激光头11设置于凹模6上方的连接体5内部开放空间内。
优选为，将凸模和凹模均设计成中空形状，并让边部能够完全贴合。
测量非线性应变路径下的冲压成形极限试验装置的试验方法，包括以下步骤：
S1.将金属板材进行切割，形成能够在凹模6与压边圈7之间稳定夹持的试验样件如图2和图3所示；
S2.将试验样件放置于图1所示压边圈7上端面；
S3.通过控制下压机构促使凹模6以固定速度下移，下移过程中凹模6与凸模14将试验样件夹紧并使样件变形，直至达到预变形所需的位移；
S4.保持压力不变，控制激光切割头在试验样件上沿着预设的切割形状进行切割；
S5.继续让凹模6以同样的固定速度下移，直至试验样件出现裂口；
S6.取出试验样件，并根据裂口周围区域进行主应变和次应变的测量，最终得到一个非线性应变路径下的成形极限点；
S7.重复S1-S6的步骤，通过改变步骤S4中的切割形状，形成不同的非线性应变路径，最终可实现初始应变路径相同，次段应变路径不同的非线性应变路径下的成形极限；
S8.重复S1-S7的步骤，通过改变步骤S3中的预变形位移，实现初始应变路径不同，次段应变路径不同的非线性应变路径下的成形极限。
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，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.测量非线性应变路径下的冲压成形极限试验装置，其特征在于，包括：上模架（1）、导套（2）、导柱（3）、凹模固定板（4）、连接体（5）、凹模（6）、下模架（9）、保压装置（8）、压边圈（7）、数控三维激光切割头和凸模（14）；
所述下模架（9）固定于预设的装置基座上，凸模（14）可拆卸装配于下模架（9）中部；
所述压边圈（7）通过保压装置（8）支撑设置于凸模（14）正上方；
所述上模架（1）固定于顶部下压机构（15）上；
所述上模架（1）与下模架（9）之间通过多根导柱（3）实现垂直导向，即上模架（1）在导柱（3）的导向作用下可纵向移动；
所述导套（2）装配于上模架（1）与导柱（3）配合位置；
所述凹模固定板（4）固定于下模架（9）下端面；
所述连接体（5）为中部开放式的连接架体结构，且固定于凹模固定板（4）下端面；
所述凹模（6）固定于连接体（5）底端面，即凹模（6）与压边圈（7）之间间隙用于夹持试验样件（13）；
其中，连接体（5）、凹模（6）、压边圈（7）和凸模（14）中心同轴；数控三维激光切割头设置于凹模（6）上方的连接体（5）内部开放空间内。
2.根据权利要求1所述的测量非线性应变路径下的冲压成形极限试验装置，其特征在于：
其中，凸模（14）和凹模（6）均设计成中空形状，并且边部能够完全贴合。
3.根据权利要求1所述的测量非线性应变路径下的冲压成形极限试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 将金属板材进行切割，形成能够在凹模（6）与压边圈（7）之间稳定夹持的试验样件；
S2. 将试验样件放置于压边圈（7）上端面；
S3. 通过控制下压机构促使凹模（6）以固定速度下移，下移过程中凹模（6）与凸模（14）将试验样件夹紧并使样件变形，直至达到预变形所需的位移；
S4. 保持压力不变，控制激光切割头在试验样件上沿着预设的切割形状进行切割；
S5. 继续让凹模（6）以同样的固定速度下移，直至试验样件出现裂口；
S6. 取出试验样件，并根据裂口周围区域进行主应变和次应变的测量，最终得到一个非线性应变路径下的成形极限点；
S7. 重复S1-S6的步骤，通过改变步骤S4中的切割形状，形成不同的非线性应变路径，最终可实现初始应变路径相同，次段应变路径不同的非线性应变路径下的成形极限；
S8. 重复S1-S7的步骤，通过改变步骤S3中所述的预变形位移，实现初始应变路径不同，次段应变路径不同的非线性应变路径下的成形极限。
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