CN115901455B - 一种波折钢腹板冷弯加工残余应力测试的模具和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波折钢腹板冷弯加工残余应力测试的模具和方法，包括加载板和承载板，承载板的上表面设置有一对第一加工部，加载板的下表面上设置有用于加工波折钢腹板直板段的第二加工部，两个第一加工部相对设置且中间形成第二加工部下压的成型腔，第二加工部的底部设置有用于外接线引出的凹陷部，第二加工部下压至设置深度时与第一加工部不接触；本发明通过在模具上设置凹陷部，同时保证第二加工部下压至设置深度时与第一加工部不接触，用于保证在残余应变测试中外接线的顺利延出，避免加工时损坏测试仪器，可以监测波折钢腹板母板整个成型过程中母板内部应力变化，其相对于X射线衍射法等残余应力测试方法来说，具有成本较低的优点。

Description

一种波折钢腹板冷弯加工残余应力测试的模具和方法

技术领域

本发明为桥梁用波折钢腹板冷弯残余应力测试技术领域，特别是涉及一种波折钢腹板冷弯加工残余应力测试的模具和方法。

背景技术

残余应力为消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力。机械加工和强化工艺都能引起残余应力。如冷拉、弯曲、切削加工、滚压、喷丸、铸造、锻压、焊接和金属热处理等，因不均匀塑性变形或相变都可能引起残余应力。桥梁用波折钢腹板为冷弯薄壁构件，冷弯加工过程中会在腹板中引入残余应力。残余应力一般是有害的，一方面会导致钢材材料性质发生变化，使得屈曲强度提高，延性变形能力变差，另一方面残余应力的存在可能会导致腹板的剪切承载能力降低。残余应力的存在有时不会立即表现为缺陷，而当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加，使总应力超过强度极限时，便出现裂纹和断裂。桥梁用波折钢腹板弯折时需要保证一定弯折角度，如果弯折半径过小，一般钢板内部会存在较大的参与应力，从而导致钢板韧性的降低，甚至弯折后表面出现裂纹。残余应力的大小也是控制腹板弯折角度的指标之一。

目前残余应力测试方法主要有切条法、切割法、盲孔法、X射线法和电化学腐蚀法和轮廓法等，但是上述方法均存在一定的缺陷和局限性。切条法是将沿零件长度方向切割材料使其释放出应力，通过测量分割线上应变的变化计算出残余应力，其所针对的往往为焊接残余应力测试；盲孔法其基本原理是在存在残余应力的零件上钻一个直径1～4mm深度的小孔，利用孔周围部分应力释放而产生相应的应变，通过相应的应变计等测得该部位的应变变化量，即可计算出钻孔处释放前的残余应力值，但是，转孔法会带来切削附加应力，同时钻孔时产生的热量也会改变孔边残余应力的分布；X射线衍射法是一种基于弹性力学及X射线晶体学的测试方法。其基本原理是当金属存在残余应力时，不同晶粒的晶面间距随应力的大小发生规律变化，通过这种变化测量出相应的应变。但是该方法的测量X射线衍射仪较为昂贵，使用成本限制了该方法的普及使用。

如公开号为CN111542750A的残余应力测量方法中：对于铸锻钢件照射X射线的工序；二维检测来自上述X射线的衍射X射线的强度的工序；基于由上述检测工序检测到的上述衍射X射线的强度分布所形成的衍射环，计算残余应力的工序；整个过程复杂，且测量X射线衍射仪较为昂贵，普及化程度不高。

为了解决上述问题，本发明提供一种波折钢腹板冷弯加工残余应力测试的模具和方法，来解决桥梁用波折钢腹板残余应力测量不便且成本高昂的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种波折钢腹板冷弯加工残余应力测试的模具和方法，达到提高测量效果且结构简单的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种波折钢腹板冷弯加工残余应力测试的模具，包括上下相对设置的加载板和承载板，所述承载板的上表面设置有一对用于加工波折钢腹板斜板段的第一加工部，所述加载板的下表面上设置有用于加工波折钢腹板直板段的第二加工部，两个所述第一加工部相对设置且中间形成第二加工部下压的成型腔，所述第二加工部的底部设置有用于外接线引出的凹陷部，所述第二加工部下压至设置深度时与所述第一加工部不接触。

优选地，所述第一加工部沿垂直于波折钢腹板的方向设置有若干第一凹槽，所述第二加工部沿垂直于波折钢腹板的走向设置有若干第二凹槽部。

一种波折钢腹板冷弯加工中残余应变测试方法，包括以下步骤：

在待加工的母板上设置若干应变片，将母板放置在模具上，将外接线从模具与母板之间的缝隙引出并与设置在模具外部的静态应变箱连接，并记录初始读数；

对母板进行加载至设计深度后卸载；

卸载后继续保持测试，待数据稳定后即得到卸载应变数据值；

卸载应变数据和初始读数之差即为母板残余应变数值。

优选地，在所述母板的二分之一区域内布置应变片，且布置在所述母板的上表面和下表面，布置在所述母板同侧的应变片以母板宽度的中线为轴线对称布置。

优选地，在粘贴应变片之前，首先在母板上进行划线定位，然后在粘贴应变片位置进行打磨除锈，并用酒精棉擦拭灰尘和油污，采用应变片粘贴胶水将应变片粘贴在相应测点位置，按压片刻保证应变片和钢板粘贴牢固。

优选地，加载母板至设计深度后持荷5分钟后进行卸载，卸载持续5分钟后停止卸载应变数据采集。

优选地，加载设备选用压力机，静态应变箱为DH3816N型静态应变箱。

优选地，将所述外接线在所述母板上进行走线固定并沿母板与模具之间的缝隙穿出。

优选地，所述外接线沿应变片的布置方向进行走线，并将外接线固定在所述母板上。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.本发明通过在模具上设置凹陷部，同时保证第二加工部下压至设置深度时与第一加工部不接触，用于保证在残余应变测试中外接线的顺利延出，避免加工时损坏测试仪器，可以监测波折钢腹板母板整个成型过程中母板内部应力变化，其相对于X射线衍射法等残余应力测试方法来说，具有成本较低的优点。

2.本发明通过监测整个成型过程中母板内部应力变化，不存在转孔、切割等加工过程引入的扰动，具有测试数据数据精度高，操作方便等优点，且测点位置与模具冲头位置错开，避免加工时损坏测试仪器，其相对于X射线衍射法等残余应力测试方法来说，具有成本较低的优点。

3.本发明中在母板的二分之一区域内布置应变片，且布置在母板的上表面和下表面，布置在母板同侧的应变片以母板宽度的中线为轴线对称布置；由于单个波形沿关于直板中心对称，因此仅在母板的1/2区域内布置应变测点即可，不仅可以测得整个波形的应变变化，还节约了应变片的使用数量以及计算量。

4.本发明中在粘贴应变片之前，首先在母板上进行划线定位，然后在粘贴应变片位置进行打磨除锈，并用酒精棉擦拭灰尘和油污，采用应变片粘贴胶水将应变片粘贴在相应测点位置，按压片刻保证应变片和钢板粘贴牢固。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明的结构示意图；

其中，1、加载板；2、应变片；3、第一凹槽部；4、第一加工部；5、第二凹槽部；6、承载板；7、凹陷部；8、第二加工部。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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。

本发明的目的是提供一种波折钢腹板冷弯加工残余应力测试的模具和方法，达到提高测量效果且结构简单的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，一种波折钢腹板冷弯加工残余应力测试的模具，包括上下相对设置的加载板1和承载板6，所述承载板6的上表面设置有一对用于加工波折钢腹板斜板段的第一加工部4，所述加载板1的下表面上设置有用于加工波折钢腹板直板段的第二加工部，两个所述第一加工部4相对设置且中间形成第二加工部8下压的成型腔，所述第二加工部8的底部设置有用于外接线引出的凹陷部7，所述第二加工部8下压至设置深度时与所述第一加工部4不接触；本发明通过在模具上设置凹陷部7，同时保证第二加工部8下压至设置深度时与第一加工部4不接触，用于保证在残余应变测试中外接线的顺利延出，避免加工时损坏测试仪器，可以监测波折钢腹板母板整个成型过程中母板内部应力变化，其相对于X射线衍射法等残余应力测试方法来说，具有成本较低的优点。

参考图1，第一加工部4沿垂直于波折钢腹板的方向设置有若干第一凹槽部3，所述第二加工部8沿垂直于波折钢腹板的走向设置有若干第二凹槽部5；第一凹槽部3和第二凹槽部5的设置可以保证应变片2测点集中布置在第一凹槽部3或者第二凹槽部5所对应的母板上。

一种波折钢腹板冷弯加工中残余应变测试方法，包括以下步骤：在待加工的母板上设置若干应变片2，将母板放置在片状模具上，将外接线从模具与母板之间的缝隙引出并与设置在片状模具外部的静态应变箱连接，并记录初始读数；对母板进行加载至设计深度后卸载；卸载后继续保持测试，待数据稳定后即得到卸载应变数据值；卸载应变数据和初始读数之差即为母板残余应变数值；本发明通过监测整个成型过程中母板内部应力变化，不存在转孔、切割等加工过程引入的扰动，具有测试数据数据精度高，操作方便等优点，且测点位置与模具冲头位置错开，避免加工时损坏测试仪器，其相对于X射线衍射法等残余应力测试方法来说，具有成本较低的优点。

进一步的，在母板的二分之一区域内布置应变片2，且布置在母板的上表面和下表面，布置在母板同侧的应变片2以母板宽度的中线为轴线对称布置；由于单个波形沿关于直板中心对称，因此仅在母板的1/2区域内布置应变测点即可，不仅可以测得整个波形的应变变化，还节约了应变片2的使用数量以及计算量。

进一步的，在粘贴应变片2之前，首先在母板上进行划线定位，然后在粘贴应变片2位置进行打磨除锈，并用酒精棉擦拭灰尘和油污，采用应变片2粘贴胶水将应变片2粘贴在相应测点位置，按压片刻保证应变片2和钢板粘贴牢固。

进一步的，加载母板至设计深度后持荷5分钟后进行卸载，卸载持续5分钟后停止卸载应变数据采集；采用3000t压力机下压母板至设计深度，同时采用DH3816N静态应变箱实时采集钢板上下表面应变片2数据变化。冷弯至设计波高后持荷5分钟，提升压力机加载头进行卸载，继续采集应变片2数据变化，持续5分钟待数据稳定后停止采集，保证数据采集的合理精确性。

进一步的，将外接线在所述母板上进行走线固定并沿母板与模具之间的缝隙穿出。

进一步的，外接线沿应变片2的布置方向进行走线，并将外接线固定在母板上，避免外接线收到模具的挤压。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种波折钢腹板冷弯加工残余应力测试的模具，其特征在于，包括上下相对设置的加载板和承载板，所述承载板的上表面设置有一对用于加工波折钢腹板斜板段的第一加工部，所述加载板的下表面上设置有用于加工波折钢腹板直板段的第二加工部，两个所述第一加工部相对设置且中间形成第二加工部下压的成型腔，所述第二加工部的底部设置有用于外接线引出的凹陷部，所述第二加工部下压至设计深度时与所述第一加工部不接触；

所述第一加工部沿垂直于波折钢腹板的方向设置有若干第一凹槽部，所述第二加工部沿垂直于波折钢腹板的走向设置有若干第二凹槽部；

第一凹槽部和第二凹槽部的设置保证应变片测点集中布置在第一凹槽部或者第二凹槽部所对应的母板上，测点位置与模具冲头位置错开，避免加工时损坏测试仪器。

2.一种波折钢腹板冷弯加工中残余应变测试方法，其特征在于，采用权利要求1所述的一种波折钢腹板冷弯加工残余应力测试的模具，包括以下步骤：

在待加工的母板上设置若干应变片，将母板放置在模具上，将外接线从模具与母板之间的缝隙引出并与设置在模具外部的静态应变箱连接，并记录初始读数；

对母板进行加载至设计深度后卸载；

卸载后继续保持测试，待数据稳定后即得到卸载应变数据值；

卸载应变数据和初始读数之差即为母板残余应变数值。

3.根据权利要求2所述的一种波折钢腹板冷弯加工中残余应变测试方法，其特征在于，在所述母板的二分之一区域内布置应变片，且布置在所述母板的上表面和下表面，布置在所述母板同侧的应变片以母板宽度的中线为轴线对称布置。

4.根据权利要求2所述的一种波折钢腹板冷弯加工中残余应变测试方法，其特征在于，在粘贴应变片之前，首先在母板上进行划线定位，然后在粘贴应变片位置进行打磨除锈，并用酒精棉擦拭灰尘和油污，采用应变片粘贴胶水将应变片粘贴在相应测点位置，按压片刻保证应变片和钢板粘贴牢固。

5.根据权利要求2所述的一种波折钢腹板冷弯加工中残余应变测试方法，其特征在于，加载母板至设计深度后持荷5分钟后进行卸载，卸载持续5分钟后停止卸载应变数据采集。

6.根据权利要求2所述的一种波折钢腹板冷弯加工中残余应变测试方法，其特征在于，加载设备选用压力机，静态应变箱为DH3816N型静态应变箱。

7.根据权利要求3所述的一种波折钢腹板冷弯加工中残余应变测试方法，其特征在于，将所述外接线在所述母板上进行走线固定并沿母板与模具之间的缝隙穿出。

8.根据权利要求6所述的一种波折钢腹板冷弯加工中残余应变测试方法，其特征在于，所述外接线沿应变片的布置方向进行走线，并将外接线固定在所述母板上。