CN113092258A - 一种冷冲压成形金属零件用材逆向推导的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冷冲压成形金属零件用材逆向推导的方法,在冷冲压零件上取样,制备化学成分和拉伸性能的样件,通过分析冲压零件的屈强比确定是否发生了较大变形,如发生了较大变形则通过拟合公式逆推出其变形量,然后,根据变形量通过体积不变原理计算变形前的力学性能,结合变形前的力学性能、化学成分、金相组织和日常积累的试验数据库的分析,通过逆向推导的方法,得到其原材料的性能和具体的牌号信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷冲压成形金属零件用材逆向推导的方法,具体涉及一种逆向推导冷冲压成形金属零件所采用原材料的方法。
背景技术
在整车的零部件中,冷冲压成形的零件占很大一部分,如:白车身、副车架、拖曳臂、支架、部分座椅骨架等。在这些零件的制造过程中,原金属板料在模具进行冷冲压,会发生拉深、胀形、弯曲等塑性变形,从而改变金属材料的性能。
由于冷冲压成形会改变板料的性能,故在冷冲压零件的质量监控过程中,如果想知道该零件的原材料是否满足规定的技术要求,只能检测未冲压的板料,缺少对冷冲压零件的直接监控手段。
如果发现冲压零件质量问题的时间较晚,同批次的板料已全部使用完,则更难以验证其原材料性能是否满足规定的技术要求,以及在生产过程中是不是出现了混料。
另外,在对竞品车用材的分析过程中,也存在同样的问题,难以通过冷成形后的零件推导其用材的性能和具体的牌号信息。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冷冲压成形金属零件用材逆向推导的方法,在冷冲压零件上取样,通过分析冲压零件的屈强比确定是否发生了较大变形,如发生了较大变形则通过拟合公式逆推出其变形量,然后,根据变形量通过体积不变原理计算变形前的力学性能,结合变形前的力学性能、化学成分、金相组织和日常积累的试验数据库的分析,通过逆向推导的方法,得到其原材料的性能和具体的牌号信息。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
一种冷冲压成形金属零件用材逆向推导的方法,所述方法包括以下步骤:
A、在冷冲压成形金属零件的平整处取样制备成GB/T228.1中的哑铃型样条,检测其拉伸性能,如果屈强比<0.8,采用此步骤中测试出的拉伸性能数据进行分析;如果屈强比≥0.8,需由步骤B推导出变形前的抗拉强度Rm0及断后伸长率A0;
B、在冷冲压成形金属零件的平整处取样,测试零件基板的化学成分及金相组织;
C、基于步骤A测出的抗拉强度、步骤B中测出的金相组织,选取多个未经冲压的具有相似金相组织且抗拉强度低于步骤A测出的抗拉强度值的钢板的拉伸曲线,将其转化为真应力-应变曲线进行拟合,得到拟合曲线的拟合方程:
y=a-b*ln(x+c) (1)
其中,a、b、c为常数;X为变形量,Y为应力;
冷冲压成形金属零件在屈服点时,变形量与屈服强度之间的关系满足下列公式(2):
其中,RL为冷冲压成形金属零件在屈服点时的屈服强度,其数值可从冷冲压成形金属零件的拉伸曲线图上得到RL,进而代入公式(2)中即可计算出变形量X的数值;
再根据体积不变原理由公式(3)和公式(4)计算出变形前的抗拉强度Rm0、断后伸长率A0;
A0=A+X (4)
根据步骤A或B和C的测试结果,查找材料数据库即可推导出冷冲压成形金属零件用材。
进一步地,步骤A中,采用GB/T228.1方法检测拉伸性能。
步骤A中,取样时,在冷冲压零件变形较小、平整处,先切割一块220mm*30mm的方形样块,再采用线切割或其他机加工方式制备成GB/T228.1中的哑铃型样条。在取制样的过程中,应避免冷、热加工对样件的拉伸性能产生影响。
步骤B中,采用火花光谱检测基板的化学成分。
步骤B中,取样时,在冷冲压零件平整处,切割一块20mm*20mm的方形样块,并去除零件表面的油脂、油漆等;在取制样的过程中,应避免冷、热加工对样件的化学成分产生影响。
步骤B中,采用GB/T13298中的方法检测基板的金相组织;金相组织和硬度检测时使用测试化学成分后剩余的样件即可。
步骤A中,如果不能将冷冲压成形金属零件制取为拉伸样件,则可测量板料的硬度值,再将硬度值换算为强度值进行分析。采用GB/T4340.1中的方法检测基板的硬度。
步骤C中,未经冲压的具有相似金相组织且抗拉强度低于步骤A测出的抗拉强度值的钢材的拉伸曲线可由前期测试原材料所累积的数据库中查找得到;也可基于现有的具有相似金相组织且抗拉强度低于步骤A测出的抗拉强度值的原材料测试得到。
步骤C中,所述的低于步骤A测出的抗拉强度值的钢板指的是与步骤A中的抗拉强度值相差-5%~-20%的未冲压变形的钢材料。
冷冲压成形金属零件在冷冲压的成形过程会对板料的拉伸性能造成影响,因此首先要确定这种影响有多大,是否会影响后续的分析。在此,本发明提出一种排除板料变形对拉伸性能造成影响的方法。通过分析可知,屈服强度对板料的变形较为敏感,而抗拉强度、断后伸长率对板料变形的敏感性较差。故通过可屈强比来作为变形大小的判据,现将界限值定为0.8。即屈强比<0.8时,可认为板料变形较小,可直接采用拉伸试验的数据进行分析。如屈强比≥0.8,则认为板料发生了较大变形。此时,需按照上述C的过程逆向推导其变形量及其变形前的抗拉强度、断后伸长率。
通过以上方法即可得到板料冲压前的拉伸性能数据。如不能制取拉伸样件,则可测量板料的硬度值,再将硬度值换算为强度值,但此方法得到的数值误差较大。
本发明提供的冷冲压成形金属零件用材逆向推导的方法,首先通过测试冷冲压成形金属零件冲压变形之后的力学性能数据、金相组织数据、化学成分组成,基于测试出的力学性能数据得出材料的屈强比,如果屈强比≥0.8,说明板料发生了较大变形,则冲压变形之后的力学性能数据无法反映出未冲压之前的力学性能。此时,依据冷冲压成形金属零件的力学性能数据、金相组织数据,选取多个未经冲压的具有与冲压成形金属零件相似的金相组织且抗拉强度较低的钢板的真应力-应变曲线进行拟合,得到拟合曲线的拟合方程(1);再依据冲压成形金属零件的拉伸曲线得到冷冲压成形金属零件在屈服点时的屈服强度,进而依据公式(2)求得冷冲压成形金属零件的变形量;再根据体积不变原理由公式(3)和公式(4)计算出变形前的抗拉强度Rm0、断后伸长率A0。这样即可根据化学成分组成、金相组织、变形前的抗拉强度Rm0、断后伸长率A0在已有的材料数据库中进行匹配,即可推得冷冲压成形金属零件采用板料的牌号。
与现有技术相比,本发明具备以下有益效果:
1.基于对拉伸曲线的分析,采用公式进行拟合,给出了通过冲压变形后的力学性能近似还原出冲压前性能的方法;
2.通过力学性能和化学成分结合的方法,再加金相组织的辅助分析,可较准确的推导出冲压零件的材料牌号;
3.为冲压零件材料质量的监控和竞品车的用材分析提供了较准确的分析手段。
附图说明
图1为双相钢的未冲压板料的真应力-应变曲线与拟合曲线,通过接触式引伸计测得;
图2为实施例中的左前竖板上部本体的真应力-应变曲线,通过接触式引伸计测得;
图3为实施例中的左前竖板上部本体的金相组织图;
图4为冷冲压成形金属零件用材逆向推导的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例
检测某车型左前竖板上部本体的材料是否满足材料定义,本实施例中是检测某车型左前竖板上部本体的材料是不是采用的是DP600双相钢。
按照如下步骤,分别测试左前竖板上部本体的拉伸性能、化学成分、金相组织。
拉伸性能:在冷冲压零件变形较小、平整处,先切割一块220mm*30mm的方形样块,再采用线切割或其他机加工方式制备成GB/T228.1中的哑铃型样条。在取制样的过程中,应避免冷、热加工对样件的拉伸性能产生影响。制取样件后,采用GB/T228.1方法检测其拉伸性能。
化学成分:在冷冲压零件平整处,切割一块20mm*20mm的方形样块,并去除零件表面的油脂、油漆等。在取制样的过程中,应避免冷、热加工对样件的化学成分产生影响。制取样件后,可采用火花光谱按照GB/T4336中的方法检测其化学成分。
金相组织:采用化学试验后的样件,避开化学成分检测的部位即可。采用GB/T13298方法检测其金相组织。
其拉伸性能、化学成分检测结果如表1、表2所示,拉伸曲线如图2所示。金相组织为铁素体+马氏体,见图3。
表1拉伸检测结果
表2化学成分检测结果(Wt%)
由表1可知,其屈强比=715/730=0.98>0.8,变形较大,冷冲压过后存在加工硬化的现象,因此实际的屈服强度和抗拉强度将低于检测值,需推导其冲压前的板料性能。
通过图3中的金相组织分析可知,其应为双相钢。
通过对多个抗拉强度608~695MPa的双相钢的未冲压板料样品的真应力-应变曲线进行拟合,拟合曲线参见图1中的曲线2,此时此拟合曲线2的拟合公式为y=1070.3+158.8×ln(x+0.0116),即a=1070.3,b=-158.8,c=0.0116;
由图2中的真应力-应变曲线可知,在屈服点时,材料的RL=715MPa,将其代入公式(2),即:
x=e(1070.3-715)/-158.8-0.0116=0.095
将变形量x代入公式(3)和公式(4),可得:
A0=A+X=16.5%+0.095=26.0%。
结合还原的拉伸数据和化学成分数据,查找材料数据库可知,该冲压件的板料应为DP600,其性能满足材料定义。
上述参照实施例对一种冷冲压成形金属零件用材逆向推导的方法进行的详细描述,是说明性的而不是限定性的,可按照所限定范围列举出若干个实施例,因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改,应属本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种冷冲压成形金属零件用材逆向推导的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
A、在冷冲压成形金属零件的平整处取样制备成GB/T228.1中的哑铃型样条,检测其拉伸性能,如果屈强比<0.8,采用此步骤中测试出的拉伸性能数据进行分析;如果屈强比≥0.8,需由步骤B推导出变形前的抗拉强度Rm0及断后伸长率A0;
B、在冷冲压成形金属零件的平整处取样,测试零件基板的化学成分及金相组织;
C、基于步骤A测出的抗拉强度值、步骤B中测出的金相组织,选取多个未经冲压的具有相似金相组织且抗拉强度低于步骤A测出的抗拉强度值的钢板的拉伸曲线,将其转化为真应力-应变曲线进行拟合,得到拟合曲线的拟合方程:
y=a-b*ln(x+c) (1)
其中,a、b、c为常数;X为变形量,Y为应力;
冷冲压成形金属零件在屈服点时,变形量与屈服强度之间的关系满足下列公式(2):
其中,RL为冷冲压成形金属零件在屈服点时的屈服强度,其数值可从冷冲压成形金属零件的拉伸曲线图上得到RL,进而代入公式(2)中即可计算出变形量X的数值;
再根据体积不变原理由公式(3)和公式(4)计算出变形前的抗拉强度Rm0、断后伸长率A0;
A0=A+X (4)
根据步骤A或B和C的测试结果,查找材料数据库即可推导出冷冲压成形金属零件用材。
2.根据权利要求1所述的冷冲压成形金属零件用材逆向推导的方法,其特征在于,步骤A中,采用GB/T228.1方法检测拉伸性能,并将测得的曲线转换为真应力-应变曲线推导拟合方程。
3.根据权利要求1所述的冷冲压成形金属零件用材逆向推导的方法,其特征在于,步骤C中,采用火花光谱检测基板的化学成分。
4.根据权利要求1所述的冷冲压成形金属零件用材逆向推导的方法,其特征在于,步骤C中,采用GB/T13298中的方法检测基板的金相组织。
5.根据权利要求1所述的冷冲压成形金属零件用材逆向推导的方法,其特征在于,步骤A中,如果不能将冷冲压成形金属零件制取为拉伸样件,则可测量板料的硬度值,再将硬度值换算为强度值进行分析。
6.根据权利要求5所述的冷冲压成形金属零件用材逆向推导的方法,其特征在于,采用GB/T4340.1中的方法检测基板的硬度。
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