CN110369592A - 直接测量成形过程板材与粘性介质之间压力分布的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及板材成形技术领域，尤其涉及一种直接测量成形过程板材与粘性介质之间压力分布的方法，具体方法包括如下步骤：将设有上下贯穿空腔的介质仓固定，将柱塞置于介质仓的空腔内，并将柱塞与压力机连接；将粘性介质注入介质仓内，压实并静置一段时间待粘性介质表面状态稳定，通过增减粘性介质，使粘性介质表面与介质仓上表面齐平；对感压胶片进行单元化处理，即将感压胶片裁剪成多个正方形单元；本发明将感压胶片应用于塑性成形过程尤其是曲面试件成形过程中，对试件与工具界面压力进行直接测量，解决了传感器装置无法跟踪变形内表面的压力分布问题，同时可以通过这种方式获得复杂形状零件不同区域真实受力载荷。

Description

直接测量成形过程板材与粘性介质之间压力分布的方法
技术领域
本发明涉及板材成形技术领域，尤其涉及一种直接测量成形过程板材与粘性介质之间压力分布的方法。
背景技术
目前，常用的压力测量方法基本上是针对于成形设备系统压力、液压成形的液体压力、气体成形的气体压力、粘性介质压力成形的介质压力、注塑成形的型腔压力等单一介质压力加载测量监控；或机械零件的接触面接触压力处于弹性或很小的塑性变形范围内加载测量监控。传统的压力测量方法有介入式和非介入式两类，但目前常用的压力测量方法均不适用于塑性成形工艺板材成形过程板材与凸模之间接触界面的压力分布的测量，因为板材成形过程板材处于大塑性变形状态、板材受到凸模的作用力是非均匀分布的，而其板材大塑性变形影响到这种板材与凸模之间接触界面压力分布的非均匀性，不同于机械零件的接触面接触压力。
在板材成形过程中，板材与成形工具接触面是封闭界面，无法通过传感元件对二者之间的相互作用进行跟踪测量，对压力成形过程的研究多集中于载荷加载条件(如液压成形的液体压力等)、压边力条件、接触摩擦状态、试件应力应变状态等方面，而板材与成形工具之间的相互作用直接决定板材成形的效果，探索直接测量成形过程中板材与成形工具间界面相互作用的方法十分必要，不仅有利于获取板材成形过程各区域受到的真实变形载荷，而且可以对板材的变形状态和成形压力场分布进行直观的分析。尤其是对于粘性介质压力成形工艺，其非均匀压力场分布对板材坯料变形过程应力-应变状态有最直接的贡献，并且是一项可以针对零件形状特点进行有益调控以获得优质成形件的重要因素。目前对成形过程中非均匀压力分布的研究还仅限于有限元数值模拟，还没有针对板材实际成形过程接触界面压力分布进行直接测量的相关研究工作。
发明内容
本发明的目的是提出一种直接测量成形过程板材与粘性介质之间压力分布的方法，解决板材成形过程中，传感器装置无法跟踪变形内表面的压力分布，板材与成形工具接触界面压力直接测量困难的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种直接测量成形过程板材与粘性介质之间压力分布的方法，包括如下步骤：
1)将设有上下贯穿空腔的介质仓固定，将柱塞置于介质仓的空腔内，并将柱塞与压力机连接；
将粘性介质注入介质仓内，压实并静置一段时间待粘性介质表面状态稳定，通过增减粘性介质，使粘性介质表面与介质仓上表面齐平；
2)对感压胶片进行单元化处理，即将感压胶片裁剪成多个正方形单元，并将裁剪后的感压胶片分布在板材坯料的表面；
3)将板材坯料放置在介质仓上，且使板材坯料上分布有感压胶片的一面贴合在介质仓上表面，以使感压胶片所测量的压力值为粘性介质与板坯料之间的接触压力；
4)将凹模固定在介质仓上，使板材坯料夹持在凹模与介质仓之间；启动压力机使柱塞上行对粘性介质施加载荷，粘性介质注入压力作用于板材坯料，使板材坯料发生胀形，在此过程中感压胶片受力颜色发生改变；
5)胀形结束后取下感压胶片，利用专用扫描仪和软件进行数据化处理，进而获得粘性介质对板材坯料压力成形过程中压力分布特性。
进一步，感压胶片裁剪后的正方形单元边长为3-5mm。
进一步，多个感压胶片单元均匀间隔分布在板材坯料表面，测量板材坯料上整个成形区域的压力分布情况。
进一步，多个感压胶片单元呈“十”字或“米”字形分布在板材坯料表面，测量板材坯料部分成形区域的压力分布情况。
进一步，所述凹模上设有上下贯穿的通孔，通孔大于或等于介质仓的空腔，且在所述通孔靠近所述板材坯料的一端设有倒角。
进一步，所述凹模底面上设有凹弧槽，板材坯料胀形后贴紧在凹弧槽侧壁上，使感压胶片测量的压力为板材坯料有模胀形过程中板材与粘性介质之间接触面所受到的压力。
实施本发明具有以下有益效果：将感压胶片应用于塑性成形过程尤其是曲面试件成形过程中，对试件与工具界面压力进行直接测量，这种方式解决了传感器装置无法跟踪变形内表面的压力分布问题，同时可以通过这种方式获得复杂形状零件不同成形区域真实受力载荷，直接测量得到板材粘性介质压力成形过程板材与粘性介质之间界面压力分布规律，为获得优质成形件的工艺设计提供了依据。感压胶片受压出现红色区，色彩浓度随压力的改变而改变，可以直接地获取压力的分布特性，而且可以将色彩浓度转换为压力数值，精确的测量压力分布；粘性介质作为一种半固态的成形传力介质，成形过程中不会对感压胶片造成损害，成形结束后容易与感压胶片脱离，不会影响感压胶片后续压力数据的获取，可直接测量得到板材粘性介质压力成形过程板材与粘性介质之间界面压力分布规律。
附图说明
图1是离散的单元感压胶片分布在板材坯料上且板材坯料未胀形时的示意图；
图2是离散的单元感压胶片分布在板材坯料上且板材坯料发生胀形时的示意图；
图3是采用较大尺寸的感压胶片分布在板材坯料上且板材坯料未胀形时的示意图；
图4是采用较大尺寸的感压胶片分布在板材坯料上且板材坯料发生胀形时的出现悬空区的示意图；
图5是感压胶片均匀分布分布在板材坯料表面的示意图；
图6是感压胶片“十”字型分布方式分布在板材坯料表面的示意图；
图7是感压胶片“米”字型分布方式分布在板材坯料表面的示意图；
图8是自由胀形时感压胶片测量粘性介质成形界面压力过程初始状态示意图；
图9是自由胀形时感压胶片测量粘性介质成形界面压力过程结束状态示意图；
图10是有模胀形时感压胶片测量粘性介质成形界面压力过程初始状态示意图；
图11是有模胀形时感压胶片测量粘性介质成形界面压力过程结束状态示意图；
图中：
1-凹模；2-板材坯料；3-感压胶片；4-介质仓；5-粘性介质；6-柱塞。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图8-图11，一种直接测量成形过程板材与粘性介质之间压力分布的方法，包括如下步骤：
(1)将设有上下贯穿空腔的介质仓4固定，将柱塞6置于介质仓4的空腔内，并将柱塞6与压力机连接；
将粘性介质5注入介质仓4内，压实并静置一段时间待粘性介质5表面状态稳定，通过增减粘性介质5，使粘性介质5表面与介质仓4上表面齐平；
其中，柱塞6通过密封圈与介质仓4空腔的侧壁密封连接，避免粘性介质5从柱塞6处流出；
(2)对感压胶片3进行单元化处理，即将感压胶片3裁剪成多个正方形单元，并将裁剪后的感压胶片3分布在板材坯料2的表面；
需说明的是，参见图1-图4，将感压胶片3裁剪成多个正方形单元，且感压胶片3裁剪后的正方形单元边长为3-5mm；如果正方形单元尺寸较大，感压胶片3无法与板材坯料2发生同步胀形，使板材坯料2与感压胶片3间产生悬空区域，导致感压胶片3无法准确测量出板材坯料2的成形界面所受到的压力；或，即使感压胶片3与板材坯料2发生同步胀形，但由于胀形量不同，使感压胶片3与板材坯料2存在细小的间隙，也会影响感应胶片3对板材坯料2的成形界面所受的压力测试的结果准确性，因此感压胶片3裁剪成多个正方形单元时正方形单元边长范围应为3-5mm，可避免板材坯料2受到粘性介质5的压力发生胀形后出现上述问题；
参见图5-图7，多个感压胶片3单元可以均匀间隔分布在板材坯料2表面，多个感压胶片3单元也可呈“十”字或“米”字形或其它特定的方式分布在板材坯料2表面，使感压胶片3测量的压力为板材坯料2部分成形区域的压力分布情况；当然，多个感压胶片3还可以互相间紧密的铺满整个板材坯料2的表面，在相邻的两个感压胶片3间仅留有一条间隙，使感压胶片3测量的压力为板材坯料2上整个成形区域的压力分布情况；
其中，感压胶片3的型号可选择适用于压力范围在0.6～2.5MPa的超低压胶片、适用于压力范围在2.5～10MPa的低压胶片、适用于压力范围在10～50MPa中压胶片、适用于压力范围在50～130MPa的高压胶片和适用于压力范围在130～300MPa的超高压胶片；
(3)将板材坯料2放置在介质仓4上，且使板材坯料2上分布有感压胶片3的一面贴合在介质仓4上表面，以使感压胶片3所测量的压力值为粘性介质5与板材坯料2之间的接触压力；
在此过程中，由于粘性介质5表面与介质仓4上表面齐平，可使板材坯料2放置在介质仓4内后，板材坯料2及感压胶片3与粘性介质5接触，避免板材坯料2及感压胶片3与粘性介质5间存在空气，导致感压胶片3测量板材坯料2成形过程中的界面压力时，粘性介质5与板材坯料2接触的部分区域被空气隔离，以至于无法获得板材坯料2不同区域的真实压力情况；
(4)将凹模1固定在介质仓4上，使板材坯料2夹持在凹模1与介质仓4间；启动压力机使柱塞6上行对粘性介质5施加均匀载荷，粘性介质5注入压力作用于板材坯料2，使板材坯料2发生胀形，在此过程中感压胶片3受力会发生颜色改变；
其中，凹模1与介质仓4夹持板材坯料2的位置设置压边筋，有效提高凹模1与介质仓4对板材坯料2夹持的稳固性；
(5)胀形结束后取下感压胶片3，利用专用扫描仪和软件进行数据化处理，进而获得粘性介质5对板材坯料2压力成形过程中压力分布特性。
需要说明的是，上述步骤(5)中所述的专用扫描仪和软件均为现有技术，其本身并非是本申请的发明点，因此，在此不再赘述。
在一个优选的实施方式中，将板材坯料2划分成若干区域，将每个单元化的感压胶片3均进行标号，将标号后的感压胶片3按顺序分布在板材坯料2上所划分的区域上，可使板材坯料2在成形实验结束取下感压胶片3并进行数据处理时，根据感压胶片3的标号清楚的知道板材坯料2各个位置的压力情况；避免因单元化的感压胶片3过多，造成试验后对感压胶片3数据处理时，感压胶片3顺序摆放出现混乱，使测试的压力出现错误，需要重新进行试验的情况的发生。
需说明的是，将粘性介质5压实并静置一段时间后待粘性介质5表面状态稳定，可有效避免因粘性介质5内部存在气泡或表面不稳定，导致粘性介质5挤压板材坯料2时，因气泡隔离等因素，使感压胶片3所测量的压力不准确。
需说明的是，凹模1上可以设有上下贯穿的通孔，也可以在底面上设有凹弧槽，该凹弧槽所限定的空间为球形的一部分，例如，可以为半球形、三分之一球形或者四分之一球形，在这里不做限定；当凹模1上设有上下贯穿的通孔时，通孔需大于或等于介质仓4的空腔，在通孔靠近板材坯料2的一端设有倒角，且优选地，倒角与通孔的直壁平滑过渡。以在板材坯料2在胀形过程中对板材坯料2具有一定的避让效果，减少甚至避免凹模1对板材坯料2的不利影响，使感压胶片3测量的压力为板材坯料2自由胀形过程中成形面所受到的压力；当凹模1底面上设有凹弧槽时，板材坯料2胀形后贴紧凹弧槽侧壁，使感压胶片3测量的压力为板材坯料2有模胀形过程中板材与粘性介质之间接触面所受到的压力。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.直接测量成形过程板材与粘性介质之间压力分布的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将设有上下贯穿空腔的介质仓(4)固定，将柱塞(6)置于介质仓(4)的空腔内，并将柱塞(6)与压力机连接；
将粘性介质(5)注入介质仓(4)内，压实并静置一段时间待粘性介质(5)表面状态稳定，通过增减粘性介质(5)，使粘性介质(5)表面与介质仓(4)上表面齐平；
2)对感压胶片(3)进行单元化处理，即将感压胶片(3)裁剪成多个正方形单元，并将裁剪后的感压胶片(3)分布在板材坯料(2)的表面；
3)将板材坯料(2)放置在介质仓(4)上，且使板材坯料(2)上分布有感压胶片(3)的一面贴合在介质仓(4)上表面，以使感压胶片(3)所测量的压力值为粘性介质(5)与板坯料(2)之间的接触压力；
4)将凹模(1)固定在介质仓(4)上，使板材坯料(2)夹持在凹模(1)与介质仓(4)之间；启动压力机使柱塞(6)上行对粘性介质(5)施加均匀载荷，粘性介质(5)注入压力作用在板材坯料(2)表面，使板材坯料(2)发生胀形，在此过程中感压胶片(3)受力颜色发生改变；
5)胀形结束后取下感压胶片(3)，利用专用扫描仪和软件进行数据化处理，进而获得粘性介质(5)对板材坯料(2)压力成形过程中压力分布特性。
2.根据权利要求1所述的直接测量成形过程板材与粘性介质之间压力分布的方法，其特征在于：感压胶片(3)裁剪后的正方形单元边长为3-5mm。
3.根据权利要求1所述的直接测量成形过程板材与粘性介质之间压力分布的方法，其特征在于：多个感压胶片(3)单元均匀间隔分布在板材坯料(2)表面，测量板材坯料(2)上整个成形区域的压力分布情况。
4.根据权利要求1所述的直接测量成形过程板材与粘性介质之间压力分布的方法，其特征在于：多个感压胶片(3)单元呈“十”字或“米”字形分布在板材坯料(2)表面，测量板材坯料(2)部分成形区域的压力分布情况。
5.根据权利要求1所述的直接测量成形过程板材与粘性介质之间压力分布的方法，其特征在于：所述凹模(1)上设有上下贯穿的通孔，通孔大于或等于介质仓(4)的空腔，且在所述通孔靠近所述板材坯料(2)的一端设有倒角。
6.根据权利要求1所述的直接测量成形过程板材与粘性介质之间压力分布的方法，其特征在于：所述凹模(1)底面上设有凹弧槽，板材坯料(2)胀形后贴紧在凹弧槽侧壁上，使感压胶片(3)测量的压力为板材坯料(2)有模胀形过程中板材与粘性介质(5)之间接触面所受到的压力。
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