CN108225937B - 高强钢薄板弯曲测试方法及其装置 - Google Patents

高强钢薄板弯曲测试方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种强钢薄板弯曲测试方法及其装置，包括螺纹传动组合、弯曲臂，螺旋传动组合包括滚珠丝杠及丝杠副滑块，滚珠丝杠与伺服电机连接，丝杠副滑块安装在线性滑轨中；弯曲臂包括左弯曲臂和右弯曲臂，左弯曲臂和右弯曲臂结构相同并对称安装，左弯曲臂为L状结构件，左弯曲臂左端安装在左内夹式双轴芯滑轨上，右端夹持试样，左弯曲臂中部的折弯处与左拉杆铰接，左拉杆另一端与底杆铰接，底杆与拉压力传感器固定连接，拉压力传感器通过一个固定支座与丝杠副滑块固定连接。可实现连续、小接触地金属板材弯曲，很好的解决薄板弯曲测试所遇到的问题，为研究高强钢薄板在弯曲状态下的力学性能提供了较佳的解决方法。

Description

高强钢薄板弯曲测试方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种工程测试技术，尤其涉及一种高强钢薄板弯曲测试方法及其装置。
背景技术
在工程测试技术领域，大量的实验及研究表明，对于金属材料，通过弯曲实验得到的材料模型在本质上更能够体现材料的真实力学性能。这是因为，材料在拉伸实验中所表现出的力学性能受到很多因素的影响，诸如应变速率，材料自身内部的缺陷等。而通过进行材料的弯曲实验，则能够很好的解决这些问题。并能够更准确的反映出金属材料的真实力学性能。
国家标准“金属材料弯曲试验方法”(GB/T232-2010)规定了测定金属材料承受弯曲变形能力的试验方法，给出了两只辊与弯曲压头的三点加载装置概念、试验方法和计算公式。
对于传统的四点弯加载装置，由于与试件接触部位较多，容易引入局部变形如压痕等，增加了接触应力的影响，而且容易出现颈缩和屈曲等几何不稳定。历史上还有研究人员利用凸轮机构、杠杆机构等原理设计纯弯曲装置，但其共同的缺点是引入了大量部件(液压缸、交流伺服电机、齿轮等)导致装置的过于复杂，不利于加工制造、调节以及后期维护。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强钢薄板弯曲测试方法及其装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的高强钢薄板弯曲测试方法，包括下列步骤：
试件安装：将切割好的薄板试件一端至于左弯曲臂的压片一与压片二间，通过螺钉固定紧；
平衡调节：调节左弯曲臂和右弯曲臂，使得对称分布，试件保持水平，将右弯曲臂的压片通过螺钉固定紧，完成安装；
控制伺服电机开始测试，底杆和拉压力传感器随着滚珠丝杠滑块向下运动，此时，左弯曲臂顺时针转动同时由于试件弯曲力作用随滑轨向左移动，而右弯曲臂恰恰相反，这使得试件两端产生一个力偶，促使试件产生弯曲变形；
当试件弯曲到一定程度后，控制伺服电机停止运动，通过拉压力传感器记录拉伸载荷N以及滚珠丝杠副移动的距离ΔL；
通过弯曲原理及公式可以计算出弯矩-曲率的关系，并转化为真实应力-应变关系。
本发明的高强钢薄板弯曲测试装置，包括螺旋传动组合、弯曲臂，所述螺旋传动组合包括滚珠丝杠及丝杠副滑块，所述滚珠丝杠与伺服电机连接，所述丝杠副滑块安装在线性滑轨中；
所述弯曲臂包括左弯曲臂和右弯曲臂，所述左弯曲臂和右弯曲臂结构相同并对称安装，下面以所述左弯曲臂的安装结构进行描述：
所述左弯曲臂为L状结构件，所述左弯曲臂左端安装在左内夹式双轴芯滑轨上，右端夹持试样，所述左弯曲臂中部的折弯处与左拉杆铰接，所述左拉杆另一端与底杆铰接，所述底杆与拉压力传感器固定连接，所述拉压力传感器通过一个固定支座与所述丝杠副滑块固定连接，所述试件为矩形钢薄板。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的高强钢薄板弯曲测试方法及其装置，可实现连续、小接触地金属板材弯曲，很好的解决薄板弯曲测试所遇到的问题，为研究高强钢薄板在弯曲状态下的力学性能提供了较佳的解决方法。
附图说明
图1为本发明实施例中板材弯曲前后装置左半端运动骨架原理图；
图2为本发明实施例提供的高强钢薄板弯曲测试装置的轴测结构示意图；
图3为本发明实施例提供的高强钢薄板弯曲测试装置的侧视结构示意图；
图4为本发明实施例提供的高强钢薄板弯曲测试装置的主视结构示意图。
图中：
1、螺旋传动组合，1.1、滚珠丝杠，1.2、线性滑轨，2、压片一，3、压片二，4、轴承座侧板，5、铰接销，6、弯曲臂，6.1、左弯曲臂，6.2、右弯曲臂，7、铰接销，8、左(右)拉杆，9、底板，10、固定支座，11、伺服电机，12、联轴器，13、拉压力传感器，14、底杆，15、左(右)内夹式双轴芯滑轨，16、轴承座。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的高强钢薄板弯曲测试方法，其较佳的具体实施方式是：
包括下列步骤：
试件安装：将切割好的薄板试件一端至于左弯曲臂的压片一与压片二间，通过螺钉固定紧；
平衡调节：调节左弯曲臂和右弯曲臂，使得对称分布，试件保持水平，将右弯曲臂的压片通过螺钉固定紧，完成安装；
控制伺服电机开始测试，底杆和拉压力传感器随着滚珠丝杠滑块向下运动，此时，左弯曲臂顺时针转动同时由于试件弯曲力作用随滑轨向左移动，而右弯曲臂恰恰相反，这使得试件两端产生一个力偶，促使试件产生弯曲变形；
当试件弯曲到一定程度后，控制伺服电机停止运动，通过拉压力传感器记录拉伸载荷N以及滚珠丝杠副移动的距离ΔL；
通过弯曲原理及公式可以计算出弯矩-曲率的关系，并转化为真实应力-应变关系。
本发明的高强钢薄板弯曲测试装置，其较佳的具体实施方式是：
包括螺旋传动组合、弯曲臂，所述螺旋传动组合包括滚珠丝杠及丝杠副滑块，所述滚珠丝杠与伺服电机连接，所述丝杠副滑块安装在线性滑轨中；
所述弯曲臂包括左弯曲臂和右弯曲臂，所述左弯曲臂和右弯曲臂结构相同并对称安装，下面以所述左弯曲臂的安装结构进行描述：
所述左弯曲臂为L状结构件，所述左弯曲臂左端安装在左内夹式双轴芯滑轨上，右端夹持试样，所述左弯曲臂中部的折弯处与左拉杆铰接，所述左拉杆另一端与底杆铰接，所述底杆与拉压力传感器固定连接，所述拉压力传感器通过一个固定支座与所述丝杠副滑块固定连接，所述试件为矩形钢薄板。
所述左弯曲臂右端设有切槽，切槽中放入压片一和压片二，压片一用螺钉固定，压片二用两个小圆柱销定位，并通过螺钉顶紧试件。
所述压片一和压片二的夹持面设有平行辊纹或菱形辊纹。
所述弯曲臂的中部的折弯处设有铰接销、圆柱滚子轴承、轴承座侧板和底板。
所述轴承座侧板与底板通过螺钉固定，所述底板与左拉杆螺纹连接，并通过螺母固定。
所述固定支座和弯曲臂的材料采用45号钢并做发蓝处理。
本发明高强钢薄板弯曲测试装置，可实现连续、小接触地金属板材弯曲，很好的解决薄板弯曲测试所遇到的问题，为研究高强钢薄板在弯曲状态下的力学性能提供了较佳的解决方法。
本发明通过进行高强钢薄板的弯曲性能测试，有助于准确描述板材弯曲过程中的材料性能；本发明无需大型装备施加原动力，测量方便，观察范围更广，操作更为简便。
具体实施例：
如图1～4所示，该高强钢薄板弯曲测试装置，包括螺旋传动组合1、弯曲臂6、拉杆8、伺服电机11、拉压力传感器13和内夹式双轴芯滑轨15，所述螺旋传动组合1包括滚珠丝杠1.1、伺服电机11和线性滑轨1.2；所述弯曲臂6包括左弯曲臂6.1和右弯曲臂6.2；所述左弯曲臂和右弯曲臂对称安装；所述左弯曲臂6.1左端与左滑轨铰接，折弯处与拉杆8铰接，右端夹持试样；所述右弯曲臂同理；所述拉杆8另一端与底杆14铰接；所述底杆14与拉压力传感器13固定连接；所述拉压力传感器13通过一个固定支座10与丝杠副滑块固定连接；
所述试样标距s，弯曲臂长a，拉杆长b，低杆半长c，夹头长d，初始弯曲角β。
将试件放入压片2、3之间后，通过螺钉经试件、压片2、3、弯曲臂6固定为一体；
伺服电机11通过滚珠丝杠副施加原动力，在通过拉压力传感器13、拉杆8，将力传至弯曲臂6，弯曲臂6产生力偶，并传递至试件，实现试件的弯曲受力。随着弯曲的进行，弯曲臂6转动同时向两边移动，使试件可发生更大弯曲角的变形，直到屈服。
本装置的检测方法为：
(1)试件安装：将切割好的薄板试件一端至于左弯曲臂6.1压片2、3间，通过螺钉固定紧。
(2)平衡调节：调节左弯曲臂和右弯曲臂，使得对称分布，试件保持水平，将右弯曲臂的压片通过螺钉固定紧，完成安装。
(3)控制伺服电机11开始测试。底杆14和拉压力传感器13随着滚珠丝杠滑块向下运动，，此时，左弯曲臂6.1顺时针转动同时由于试件弯曲力作用随滑轨向左移动，而右弯曲臂6.2恰恰相反，这使得试件两端产生一个力偶，促使试件产生弯曲变形。
(4)当试件弯曲到一定程度后，控制伺服电机11停止运动。通过拉压力传感器13记录拉伸载荷N以及滚珠丝杠副移动的距离ΔL。
(5)通过弯曲原理及公式可以计算出弯矩-曲率的关系，并转化为真实应力-应变关系，其原理公式如下：
由于弯曲过程中试验弦长不变，即s＝ρ·γ，其中ρ为曲率半径，γ是弯曲角，则其弯曲半径可由一下方程推出：
其中β可有下式推出：
y1＝a·cos(β+θ)-b·cos(α-θ)
具体试验过程如下：
将加工试样水平加持于夹头之间；启动计算机打开控制软件，调节弯曲臂6至平衡位置，将试样插入夹头两压片2、3缝隙中，用手轻拧紧固螺钉预紧，调节试样至水平位置，左右平衡拧紧紧固螺钉完成试样安装；在平衡位置将控制器归零，设置伺服电机11转速，平稳启动伺服电机11，使其缓慢匀速带动装置拉杆8和弯曲臂6运动；通过计算机记录伺服电机11走过的距离ΔL以及对应的拉压力传感器13测得的拉力大小N；当试样弯曲到屈服状态之后，停止伺服电机11运转，提取实验数据；通过弯曲原理及公式可以计算出弯矩-曲率的关系，并转化为真实应力-应变关系。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种高强钢薄板弯曲测试装置，其特征在于，包括螺旋传动组合(1)、弯曲臂(6)，所述螺旋传动组合(1)包括滚珠丝杠(1.1)及丝杠副滑块，所述滚珠丝杠(1.1)与伺服电机(11)连接，所述丝杠副滑块安装在线性滑轨(1.2)中；
所述弯曲臂(6)包括左弯曲臂(6.1)和右弯曲臂(6.2)，所述左弯曲臂(6.1)和右弯曲臂(6.2)结构相同并对称安装，下面以所述左弯曲臂(6.1)的安装结构进行描述：
所述左弯曲臂(6.1)为L状结构件，所述左弯曲臂(6.1)左端安装在左内夹式双轴芯滑轨(15)上，右端夹持试件，所述左弯曲臂(6.1)中部的折弯处与左拉杆(8)铰接，所述左拉杆(8)另一端与底杆(14)铰接，所述底杆(14)与拉压力传感器(13)固定连接，所述拉压力传感器(13)通过一个固定支座(10)与所述丝杠副滑块固定连接，所述试件为矩形钢薄板。
2.根据权利要求1所述的高强钢薄板弯曲测试装置，其特征在于，所述左弯曲臂(6.1)右端设有切槽，切槽中放入压片一(2)和压片二(3)，压片一(2)用螺钉固定，压片二(3)用两个小圆柱销定位，并通过螺钉顶紧试件。
3.根据权利要求2所述的高强钢薄板弯曲测试装置，其特征在于，所述压片一(2)和压片二(3)的夹持面设有平行辊纹或菱形辊纹。
4.根据权利要求3所述的高强钢薄板弯曲测试装置，其特征在于，所述弯曲臂(6)的中部的折弯处设有铰接销(5)、圆柱滚子轴承、轴承座侧板(4)和底板(9)。
5.根据权利要求4所述的高强钢薄板弯曲测试装置，其特征在于，所述轴承座侧板(4)与底板(9)通过螺钉固定，所述底板(9)与左拉杆(8)螺纹连接，并通过螺母固定。
6.根据权利要求5所述的高强钢薄板弯曲测试装置，其特征在于，所述固定支座(10)和弯曲臂(6)的材料采用45号钢并做发蓝处理。
7.一种权利要求1至6任一项所述的高强钢薄板弯曲测试装置实现高强钢薄板弯曲测试的方法，包括下列步骤：
试件安装：将切割好的薄板试件一端置于左弯曲臂(6.1)的压片一(2)与压片二(3)间，通过螺钉固定紧；
平衡调节：调节左弯曲臂(6.1)和右弯曲臂(6.2)，使得对称分布，试件保持水平，将右弯曲臂(6.2)的压片通过螺钉固定紧，完成安装；
控制伺服电机(11)开始测试，底杆(14)和拉压力传感器(13)随着滚珠丝杠滑块向下运动，此时，左弯曲臂(6.1)顺时针转动同时由于试件弯曲力作用随滑轨向左移动，而右弯曲臂(6.2)恰恰相反，这使得试件两端产生一个力偶，促使试件产生弯曲变形；
当试件弯曲到一定程度后，控制伺服电机(11)停止运动，通过拉压力传感器(13)记录拉伸载荷N以及滚珠丝杠副移动的距离ΔL；
通过弯曲原理及公式可以计算出弯矩-曲率的关系，并转化为真实应力-应变关系。
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