CN117929086A - 精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法及装置 - Google Patents
精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117929086A CN117929086A CN202211311126.1A CN202211311126A CN117929086A CN 117929086 A CN117929086 A CN 117929086A CN 202211311126 A CN202211311126 A CN 202211311126A CN 117929086 A CN117929086 A CN 117929086A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- punching
- connection strength
- depth
- lower die
- upper die
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004080 punching Methods 0.000 title claims abstract description 198
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 143
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 20
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 5
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011165 process development Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明公开了一种精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法及装置，其中测试方法包括以下步骤：采用半冲操作获取不同半冲深度的半冲极限深度测试试样，通过观察确定半冲极限深度所在的范围，并在半冲极限深度所在的范围内细化重复半冲成形操作，确定精冲材料的半冲极限深度；对某一半冲深度未出现裂纹的半冲极限深度测试试样进行加工获得不同轮廓的半冲连接强度测试试样，并分别进行连接强度测试，获得对应半冲深度下的理论单位连接强度组合，从而确定精冲材料在某一半冲深度下的许用连接强度。本发明不仅能快速确定精冲材料半冲特征极限深度，同时能快速确定某一半冲深度条件下，该冲压材料实际冲压特征的许用连接强度。
Description
技术领域
本发明属于材料半冲特征测试领域，涉及一种精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法及装置。
背景技术
半冲特征是一种以精冲技术为基础获得的零件特征，与精冲落料零件不同的是半冲特征成形后并未与基体材料分离；半冲特征极限深度是指零件半冲过程中不产生裂纹的最大下压深度，与精冲材料的特性有关。目前，包含半冲特征的零件被广泛用于汽车等行业中，例如座椅调角器、调节齿板等传动装置；此类零件在服役时，半冲特征会受到剪切力作用，因此半冲特征连接处不允许存在可见的微小裂纹，即半冲特征的最大下压深度应小于材料所允许的极限深度。此外，围绕不同的几何外形的半冲特征，需要评估测试半冲特征的连接强度来保证零件的合理使用状态。
由于半冲特征形状各异且特征深度不同，目前针对精冲材料的半冲特征极限深度与连接强度并没有统一的测试方法和装置。通常的方法，是完成半冲特征的成形制造，随后置于台架实验装置上开展针对该特征在实际工况下的服役测试。一旦无法满足服役效果，需要重新修正零件设计及其成形工艺，直至台架实验测试结果满足设计要求。显然，此种开发流程不仅耗时，且开发成本很高，若是在零件的开发初期，就能有一种针对半冲特征极限深度的测试方法，同时能快速获取某个半冲深度条件下，不同几何轮廓的半冲特征的连接强度，对于相关零件开发过程中的材料选型及工艺开发具有重要的指导意义。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法及装置，不仅能快速确定精冲材料半冲特征极限深度，同时能快速确定某一半冲深度条件下，精冲材料的理论单位连接强度组合，从而确定该冲压材料实际半冲特征的许用连接强度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法，包括以下步骤：
S1，采用半冲成形获取不同半冲深度的半冲极限深度测试试样，通过观察确定半冲极限深度所在的范围，并在所述半冲极限深度所在的范围内细化重复半冲成形操作，确定精冲材料的半冲极限深度；
S2，对所述步骤S1中某一半冲深度未出现裂纹的半冲极限深度测试试样进行加工获得不同轮廓的半冲连接强度测试试样，并分别进行连接强度测试，获得对应半冲深度下的理论单位连接强度组合，从而确定所述精冲材料在该半冲深度下的半冲特征许用连接强度。
优选地，所述步骤S1中，所述半冲极限深度所在的范围通过以下方式确定：
观察所述不同半冲深度的半冲极限深度测试试样的连接处是否出现裂纹，将未出现裂纹的半冲极限深度测试试样对应的最大深度作为所述半冲极限深度所在的范围的下限，将出现裂纹的半冲极限深度测试试样对应的最小深度作为所述半冲极限深度所在的范围的上限。
优选地，所述步骤S2中，所述不同轮廓的半冲连接强度测试试样包括内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样和直线段条状试样。
优选地，所述步骤S2中，所述连接强度测试利用半冲连接强度测试装置分别确定内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样和直线段条状试样开始发生失效破坏时对应的载荷，从而计算出内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样和直线段条状试样的单位连接强度。
优选地，所述步骤S2中，所述内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样和直线段条状试样的单位连接强度均通过下述公式计算：
式中，σf为试样的单位连接强度，单位为kN/mm；
F为试样开始发生失效破坏时对应的载荷，单位为kN；
b为试样连接段的轮廓线投影长度，单位为mm。
优选地，所述步骤S2中，所述对应半冲深度下的理论单位连接强度组合为：
{σfl，σfe，σfv}
式中，σfl为直线段条状试样的单位连接强度；
σfo为外凸曲线段条状试样的单位连接强度；
σfv为内凹曲线段条状试样的单位连接强度。
优选地，所述步骤S2中，所述精冲材料在该半冲深度下的半冲特征许用连接强度计算公式如下：
式中，Ftotal为精冲材料在该半冲深度下的许用连接强度，单位为kN/mm；
月为安全系数，无量纲，取值范围为0.8～1.0；
i、j、k分别为精冲材料在该半冲深度下半冲特征连接轮廓中直线段、外凸曲线段和内凹曲线段的数量，i的取值范围为1～n1，j的取值范围为1～n2，k的取值范围为1～n3；
bi、bj、bk分别为不同直线段、外凸曲线段和内凹曲线段的连接段的轮廓线投影长度，单位为mm；
f(θj，θ0)、f(θk，θv)为用于获取外凸曲线段和内凹曲线段任意弧度下的单位连接强度的插值函数，θj和θk分别不同的外凸曲线和内凹曲线对应的弧度值；θ0和θv分别为测试试样中外凸曲线段和内凹曲线段对应的曲线弧度值。
本发明第二方面提供了一种用以执行如本发明第一方面所述的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括用以测试精冲材料半冲连接强度的半冲连接强度测试装置；
所述半冲连接强度测试装置安装在金属材料电子万能试验机上，该半冲连接强度测试装置包括下模机构、导轨组件和上模机构；所述下模机构包括下模承重组件、设于所述下模承重组件上的下模底座和螺杆调节组件，所述下模底座上设有下模镶块，所述螺杆调节组件用以调节所述下模镶块与所述上模机构的水平间距；所述导轨组件设于所述下模承重组件上，该导轨组件为所述上模机构上下移动提供导轨；所述上模机构包括上模承重组件、设于所述上模承重组件的上模滑块以及设于所述上模滑块上的上模随动镶块。
优选地，所述下模承重组件包括下模柄以及设于所述下模柄上的下模承重底板；和/或
所述螺杆调节组件包括设于所述下模承重组件上的螺杆固定座以及设于所述螺杆固定座上的调节螺杆；所述调节螺杆与所述下模镶块连接，用以调节所述下模镶块与所述上模随动镶块之间的水平间距；和/或
所述下模镶块上设有下模凸台，所述下模凸台上设有下模凸台立面、下模凸台曲面和下模凸台平面；所述下模凸台立面设置在靠近所述上模滑块的一侧，所述下模凸台曲面对称设于所述下模凸台立面的左右两侧，所述下模凸台平面对称设于所述下模凸台立面的上下两侧。
优选地，所述导轨组件包括对称设于所述下模承重组件上的第一导轨立板和第二导轨立板，所述第一导轨立板和第二导轨立板上均设有所述上模滑块移动的轨道。
优选地，所述上模承重组件包括上模柄以及设于所述上模柄上的上模垫板；所述上模滑块固定在所述上模垫板上；所述上模随动镶块上设有上模凸块，所述上模凸块上设有上模凸台立面、上模凸台曲面和上模凸台平面，所述上模凸台立面设置在所述下模底座的一侧设置，所述上模凸台曲面对称设于所述上模凸台立面的左右两侧，所述上模凸台平面对称设于所述上模凸台立面的上下两侧。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过设计和采用半冲成形得到不同半冲深度的半冲极限深度测试试样，观察并确定精冲材料的半冲特征极限深度；之后将半冲极限深度测试试样分割成内凹曲线试样、外凸曲线试样、直线段试样三类连接轮廓试样，获取不同半冲深度条件下，三类连接轮廓试样的单位连接强度，作为对应半冲深度条件下的理论单位连接强度组合，从而确定当前工况下该精冲材料实际半冲特征的许用连接强度；
2、与现有技术相比，本发明建立了一套面向精冲材料半冲特征极限深度的测试流程，设计了一种涵盖各种轮廓组合形式的半冲极限深度测试试样，给出了理论单位连接强度评价方法；本发明可适用于不同的材料、料厚以及深度的半冲特征，所采用的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试装置利用镶块结构，能快速适用不同轮廓以及深度的试样，节材环保。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法中测试流程图；
图2为本发明半冲操作过程中所用的半冲特征精冲模具(主要工作元件)的成形示意图；
图3为本发明的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法所用的装置中的半冲连接强度测试装置的结构示意图；
图4为图3的侧视图；
图5中，(a)本发明半冲特征零件形状示意图，(b)为图(a)的A-A截面示意图；
图6为本发明中半冲连接强度测试试样的取样示意图；
图7为本发明中半冲连接强度测试装置中的上模随动镶块的结构示意图；
图8为本发明中半冲连接强度测试装置中的下模镶块的结构示意图；
图9为实施例中半冲特征的几何轮廓图。
具体实施方式
为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案。
结合图1所示，本发明所提供的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法，包括以下步骤：
S1，采用半冲成形获取不同半冲深度的半冲极限深度测试试样，通过观察确定半冲极限深度所在的范围，并在所述半冲极限深度所在的范围内细化重复半冲成形操作，确定精冲材料的半冲极限深度；
具体而言，首先利用图2所示的半冲特征精冲模具进行半冲成形加工得到不同半冲深度的半冲极限深度测试试样，其中半冲特征精冲模具是在普冲模具基础上间隙调整为零间隙，并增加反顶机构5，在加工时，将呈圆形料片的精冲材料3放置在图2所示的半冲特征精冲模具上，利用齿圈压边装置2配合凹模4将精冲材料3固定，利用反顶机构5和凸模1进行形变加工，在半冲极限深度测试试样成形过程中，变形区处于三向压应力状态且塑性变形集中于凸凹模刃口所形成的剪切区内，因而能获得尺寸精度高，互换性好的优质试样；另外在加工时，通过设定不同的下压深度从而获得不同半冲深度的半冲极限深度测试试样，直至半冲极限深度测试试样出现微小裂纹。
结合图5中(a)、(b)所示，半冲极限深度测试试样在整体呈圆片状，圆片的大小可根据半冲特征精冲模具的压料板大小进行调节，半冲深度为h，半冲特征轮廓为工字形，含有直线段和曲线段，其中曲线段分为内凹曲线和外凸曲线部分，可通过组合插值换算覆盖不同零件半冲特征的各类连接轮廓，具有一定的普适性。
通过观察不同半冲深度的半冲极限深度测试试样来确定半冲极限深度所在的范围，具体为：观察不同半冲深度的半冲极限深度测试试样的连接处是否出现裂纹，将未出现裂纹的半冲极限深度测试试样对应的最大深度作为半冲极限深度所在的范围的下限，将出现裂纹的半冲极限深度测试试样对应的最小深度作为半冲极限深度所在的范围的上限。然后利用半冲特征精冲模具在半冲极限深度所在的范围内细化重复半冲成形操作，从而确定精冲材料的半冲极限深度。
S2，对所述步骤S1中某一半冲深度未出现裂纹的半冲极限深度测试试样进行加工获得不同轮廓的半冲连接强度测试试样，并分别进行连接强度测试，获得对应半冲深度下的理论单位连接强度组合，从而确定所述精冲材料在该半冲深度下的半冲特征的许用连接强度。
具体而言，对步骤S1中某一半冲深度未出现裂纹的半冲极限深度测试试样进行线切割获得不同轮廓的半冲连接强度测试试样，考虑到半冲特征零件为封闭形零件轮廓，且形状各异，对每种半冲特征进行整体强度测试所需工作量巨大；为便于表示半冲特征的连接强度，需将半冲连接强度实验的取样及连接强度定义方式进行统一；因此不同轮廓的半冲连接强度测试试样具体包括内凹曲线段条状试样18、外凸曲线段条状试样19和直线段条状试样20，参见图6所示；
利用金属材料电子万能试验机上安装的半冲连接强度测试装置(参见图3、图4所示)分别确定内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样和直线段条状试样开始发生失效破坏时对应的载荷，从而计算出内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样和直线段条状试样的单位连接强度。
图3、图4所示的半冲连接强度测试装置是通过上模随动镶块6与下模镶块9的相对运动，对试样施加剪切力，从而评估试样的单位连接强度。在连接强度测试前，将半冲连接强度测试装置安装在金属材料电子万能试验机(简称材料试验机)上，根据不同的半冲深度，利用调节螺杆11调节上模凸台立面63(上模随动镶块6)和下模凸台立面93(下模镶块9)之间的水平距离，将试样放置于下模镶块9上；设定合适的压下速度缓慢下压，材料试验机的上压头带动上模柄17以及上模滑块15中的上模随动镶块6，配合下模镶块9，对试样进行连接强度测试；材料试验机的位移传感器以及载荷传感器会记录相应的位移和载荷，可利用所获得载荷数据，换算后得到试样的单位连接强度。
结合图4所示，以直线段条状试样20为例，在连接强度测试前，转动调节螺杆11，将上模凸台立面63与下模凸台立面93之间的水平距离调节至直线段条状试样20的半冲深度h相匹配的长度，之后将直线段条状试样20放置在下模镶块9的下模凸台上，然后在材料试验机上设置合适的下压速度，控制材料试验机的上压头缓慢下压，使得上模随动镶块6向下靠近下模镶块9运动，对直线段条状试样20进行剪切直至试样破坏失效，此时试验结束，输出试验过程中材料试验机的位移传感器以及载荷传感器记录的数据，从而获取对应半冲深度下的直线段条状试样20的单位连接强度。
若对内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样进行连接强度测试，则是需要将上模随动镶块6的上模凸台曲面61向下进行安装，下模镶块凸台曲面91向上进行安装。之后采用同样的方法获得内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样的单位连接强度，从而得到对应半冲深度下的理论单位连接强度组合。
其中单位连接强度是半冲特征连接段单位长度所能承受的最大载荷，内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样和直线段条状试样的单位连接强度计算可通过公式计算：式中，σf为试样的单位连接强度，单位为kN/mm；F为试样开始发生失效破坏时对应的载荷，单位为kN；b为试样连接段的轮廓线投影长度，单位为mm。
相应的，对应半冲深度下的理论单位连接强度组合为：
{σfl，σfo，σfv}
式中，σfl为直线段条状试样的单位连接强度；σfo为外凸曲线段条状试样的单位连接强度；σfv为内凹曲线段条状试样的单位连接强度。
根据上述的精冲材料的半冲深度下的理论单位连接强度组合，可通过组合插值换算覆盖不同零件半冲特征的各类连接轮廓，因此，精冲材料在该半冲深度下的半冲特征的许用连接强度计算公式如下：
式中，Ftotal为精冲材料在该半冲深度下的许用连接强度，单位为kN/mm；月为安全系数，无量纲，取值范围为0.8～1.0；i、j、k分别为精冲材料在该半冲深度下半冲特征连接轮廓中直线段、外凸曲线段和内凹曲线段的数量，i的取值范围为1～n1，j的取值范围为1～n2，k的取值范围为1～n3；bi、bj、bk分别为不同直线段、外凸曲线段和内凹曲线段的连接段的轮廓线投影长度，单位为mm；f(θj，θ0)、f(θk，θv)为用于获取外凸曲线段和内凹曲线段任意弧度下的单位连接强度的插值函数，θj和θk分别不同的外凸曲线和内凹曲线对应的弧度值；θ0和θv分别为测试试样中外凸曲线段和内凹曲线段对应的曲线弧度值。
结合图3、图4所示，本发明的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法所用的装置中，包括用以测试精冲材料半冲连接强度的半冲连接强度测试装置；半冲连接强度测试装置安装在金属材料电子万能试验机上，该半冲连接强度测试装置包括下模机构、导轨组件和上模机构；下模机构包括下模承重组件、设于下模承重组件上的下模底座8和螺杆调节组件，下模底座8上设有下模镶块9，螺杆调节组件用以调节下模镶块9与上模机构的水平间距；导轨组件设于下模承重组件上，该导轨组件为上模机构上下移动提供导轨；上模机构包括上模承重组件、设于上模承重组件的上模滑块15以及设于上模滑块15上的上模随动镶块6。
结合图3、图4所示，下模承重组件包括下模柄13以及设于下模柄13上的下模承重底板12。螺杆调节组件包括设于下模承重组件的上的螺杆固定座10以及设于螺杆固定座10上的调节螺杆11；调节螺杆11与下模镶块9连接，用以调节下模镶块9与上模随动镶块6之间的水平间距，具体而言，通过转动调节螺杆11，使得与之相连的下模镶块9进行前后移动调节，从而实现对不同半冲深度的试样进行半冲连接强度测试。
结合图8所示，下模镶块9与调节螺杆11连接，其上设有下模凸台，下模凸台可做成任意适应试样的形状，且可通过旋转90°安装来调用下模凸块的不同部分，从而达到快速方便适应不同试样形状以节省材料的目的。在具体的实施例中，下模凸台上设有下模凸台立面93、下模凸台曲面91和下模凸台平面92；下模凸台立面93设置在靠近上模滑块15的一侧，下模凸台曲面91对称设于下模凸台立面93的左右两侧，下模凸台平面92对称设于下模凸台立面93的上下两侧。
结合图3、图4所示，导轨组件包括对称设于下模承重组件上的第一导轨立板14和第二导轨立板7，第一导轨立板14和第二导轨立板7上均设有上模滑块15移动的轨道。
结合图3、图4所示，上模承重组件包括上模柄17以及设于上模柄17上的上模垫板16；上模滑块15固定在上模垫板16上。上模随动镶块6通过螺钉固定在上模滑块15上，该上模随动镶块6上设有上模凸块，其中，上模凸块可以做成任意适应试样的形状，上模凸块还可通过旋转90°安装来调用上模凸块的不同部分，从而达到快速方便适应不同试样形状以节省材料的目的。在具体的实施例中，结合图7所示，上模凸块设有上模凸台立面63、上模凸台曲面61和上模凸台平面62，上模凸台立面63设置在下模底座8的一侧设置，上模凸台曲面61对称设于上模凸台立面63的左右两侧，上模凸台平面62对称设于上模凸台立面63的上下两侧。
下面结合具体的例子对本发明的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法及装置作进一步介绍。
实施例
分别对材料1、材料2、材料3作为精冲材料，并测试其半冲特征极限深度与连接强度，其基本性能参见表1所示；
表1精冲材料的基本性能
| 材料名称 | 板料厚度(mm) | 屈服强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) |
| 材料1 | 4.5 | 336 | 466 |
| 材料2 | 5.0 | 330 | 470 |
| 材料3 | 3.8 | 260 | 417 |
分别对材料1、材料2、材料3进行半冲特征极限深度与连接强度的测试：
准备直径为80mm的圆形料片，将圆形料片放在压力机的精冲模具上，调节压力机的下压深度，将半冲下压深度h分别设置为板厚的30％，40％，50％，60％，70％，80％，精冲模具凸凹模取零间隙，通过精冲模具完成半冲成形操作，获得不同半冲深度的半冲极限深度测试试样。观察完成半冲实验的试样裂纹最先出现的部位，可确定最先失效的区域。将未出现裂纹的最大深度作为半冲极限深度所在范围的下限，若下压深度为50％时，半冲零件未出现裂纹，但下压深度为60％时出现裂纹，则半冲极限深度在50％～60％之间。可对此区域进行细化重复半冲成形操作，确定最终细化的半冲极限深度。通过反复测试，三种精冲材料在不同深度下均在半冲极限深度测试试样的内凹处出现微裂纹，最终材料1、材料2和材料3的半冲极限深度分别为：65％，50％和75％。
之后，利用未出现裂纹的不同半冲深度的半冲极限深度测试试样进行连接强度测试，本实施例中对三种材料均选取半冲深度为板厚的40％的半冲极限深度测试试样进行连接强度测试，其他半冲深度测试过程相同。将半冲极限深度测试试样通过线切割得到内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样以及直线段条状试样选取合适的镶块组合，若对直线段条状试样进行剪切是则需要将上模随动镶块的上模凸台平面向下进行安装，下模镶块的下模凸台平面向上进行安装。若对内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样进行连接强度测试，则是需要将上模随动镶块的上模凸台曲面向下进行安装，下模镶块凸台曲面向上进行安装。
以材料2直线段条状试样测试为例，测试开始前旋转调节螺杆，将上模随动镶块的上模凸台立面至下模镶块的下模凸台立面的水平距离调节至于半冲极限深度测试试样的半冲深度h相配合的长度，之后将直线段条状试样放于下模镶块的下模凸台面92上。在材料综合性能试验机上设置合适下压速度，控制材料综合性能试验机上压头缓慢下压，使得上模随动镶块向下靠近下模镶块运动，对直线段条状试样进行剪切直至试样破坏，此时结束实验，输出实验过程中材料综合性能试验机的位移传感器以及载荷传感器记录的数据，获取测试试样开始发生失效破坏时对应的载荷F为3.5kN，连接段的轮廓线投影长度b为10mm，依据公式可以计算直线段条状试样的单位连接强度：
同理，分别对不同材料的三类半冲连接强度测试试样进行单位连接强度测试，最终获得三种精冲材料在板厚40％半冲深度条件下的理论单位连接强度组合，见表2。
表2在板厚40％半冲深度条件下的理论单位连接强度组合
结合表2所示，测试实验确定精冲材料在半冲深度为板厚40％下的理论单位连接强度组合后，可依据半冲特征的许用连接强度计算公式， 来确定精冲材料在该半冲深度下的半冲特征的许用连接强度。图9为一半冲特征的几何轮廓图，根据上述公式，分别代入理论单位连接强度和半冲特征不同类型几何轮廓的参数进行计算，安全系数取0.9，对于三种精冲材料在半冲深度为板厚40％下的许用连接强度分别为：34.38kN、37.8kN和27kN。
综上所示，与现有技术相比，本方法的提升在于：首先，设计了新型的半冲极限深度测试试样，通过确定半冲极限深度，来表征精冲材料在半冲工艺下的深度极限。同时，通过测试不同轮廓组合的半冲特征单位连接强度，形成以精冲材料为基础，针对不同半冲特征预测半冲连接强度的工艺窗口。其次，设计了一套用于精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法的半冲连接强度测试装置，可针对不同深度以及形状半冲特征进行连接强度测试，扩大装置的应用范围。此外，半冲连接强度测试装置采用镶块的方式设计测试部位，有利于快速适应不同形状的连接强度测试试样，可减少材料的使用。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (11)
1.一种精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，采用半冲成形获取不同半冲深度的半冲极限深度测试试样，通过观察确定半冲极限深度所在的范围，并在所述半冲极限深度所在的范围内细化重复半冲成形操作，确定精冲材料的半冲极限深度；
S2，对所述步骤S1中某一半冲深度未出现裂纹的半冲极限深度测试试样进行加工获得不同轮廓的半冲连接强度测试试样，并分别进行连接强度测试，获得对应半冲深度下的理论单位连接强度组合，从而确定所述精冲材料在该半冲深度下半冲特征的许用连接强度。
2.根据权利要求1所述的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述半冲极限深度所在的范围通过以下方式确定：
观察所述不同半冲深度的半冲极限深度测试试样的连接处是否出现裂纹，将未出现裂纹的半冲极限深度测试试样对应的最大深度作为所述半冲极限深度所在的范围的下限，将出现裂纹的半冲极限深度测试试样对应的最小深度作为所述半冲极限深度所在的范围的上限。
3.根据权利要求1所述的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述不同轮廓的半冲连接强度测试试样包括内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样和直线段条状试样。
4.根据权利要求3所述的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述连接强度测试利用半冲连接强度测试装置分别确定内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样和直线段条状试样开始发生失效破坏时对应的载荷，从而计算出内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样和直线段条状试样的单位连接强度。
5.根据权利要求4所述的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样和直线段条状试样的单位连接强度均通过下述公式计算：
式中，σf为试样的单位连接强度，单位为kN/mm；
F为试样开始发生失效破坏时对应的载荷，单位为kN；
b为试样连接段的轮廓线投影长度，单位为mm。
6.根据权利要求5所述的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述对应半冲深度下的理论单位连接强度组合为：
{σfl，σfo，σfv}
式中，σfl为直线段条状试样的单位连接强度；
σfo为外凸曲线段条状试样的单位连接强度；
σfv为内凹曲线段条状试样的单位连接强度。
7.根据权利要求6所述的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述精冲材料在该半冲深度下半冲特征的许用连接强度计算公式如下：
式中，Ftotal为精冲材料在该半冲深度下半冲特征的许用连接强度，单位为kN/mm；
R为安全系数，无量纲，取值范围为0.8～1.0；
i、j、k分别为精冲材料在该半冲深度下半冲特征连接轮廓中直线段、外凸曲线段和内凹曲线段的数量，i的取值范围为1～n1，j的取值范围为1～n2，k的取值范围为1～n3；
bi、bj、bk分别为不同直线段、外凸曲线段和内凹曲线段的连接段的轮廓线投影长度，单位为mm；
f(θj,θ0)、f(θk,θv)为用于获取外凸曲线段和内凹曲线段任意弧度下的单位连接强度的插值函数，θj和θk分别不同的外凸曲线和内凹曲线对应的弧度值；θ0和θv分别为测试试样中外凸曲线段和内凹曲线段对应的曲线弧度值。
8.一种用以执行如权利要求1～7任一项所述的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括用以测试精冲材料半冲连接强度的半冲连接强度测试装置；
所述半冲连接强度测试装置安装在金属材料电子万能试验机上，该半冲连接强度测试装置包括下模机构、导轨组件和上模机构；所述下模机构包括下模承重组件、设于所述下模承重组件上的下模底座和螺杆调节组件，所述下模底座上设有下模镶块，所述螺杆调节组件用以调节所述下模镶块与所述上模机构的水平间距；所述导轨组件设于所述下模承重组件上，该导轨组件为所述上模机构上下移动提供导轨；所述上模机构包括上模承重组件、设于所述上模承重组件的上模滑块以及设于所述上模滑块上的上模随动镶块。
9.根据权利要求8所述的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法，其特征在于：
所述下模承重组件包括下模柄以及设于所述下模柄上的下模承重底板；和/或
所述螺杆调节组件包括设于所述下模承重组件上的螺杆固定座以及设于所述螺杆固定座上的调节螺杆；所述调节螺杆与所述下模镶块连接，用以调节所述下模镶块与所述上模随动镶块之间的水平间距；和/或
所述下模镶块上设有下模凸台，所述下模凸台上设有下模凸台立面、下模凸台曲面和下模凸台平面；所述下模凸台立面设置在靠近所述上模滑块的一侧，所述下模凸台曲面对称设于所述下模凸台立面的左右两侧，所述下模凸台平面对称设于所述下模凸台立面的上下两侧。
10.根据权利要求8所述的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法，其特征在于，所述导轨组件包括对称设于所述下模承重组件上的第一导轨立板和第二导轨立板，所述第一导轨立板和第二导轨立板上均设有所述上模滑块移动的轨道。
11.根据权利要求8所述的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法，其特征在于，所述上模承重组件包括上模柄以及设于所述上模柄上的上模垫板；所述上模滑块固定在所述上模垫板上；所述上模随动镶块上设有上模凸块，所述上模凸块上设有上模凸台立面、上模凸台曲面和上模凸台平面，所述上模凸台立面设置在所述下模底座的一侧设置，所述上模凸台曲面对称设于所述上模凸台立面的左右两侧，所述上模凸台平面对称设于所述上模凸台立面的上下两侧。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211311126.1A CN117929086A (zh) | 2022-10-25 | 2022-10-25 | 精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211311126.1A CN117929086A (zh) | 2022-10-25 | 2022-10-25 | 精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117929086A true CN117929086A (zh) | 2024-04-26 |
Family
ID=90763399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211311126.1A Pending CN117929086A (zh) | 2022-10-25 | 2022-10-25 | 精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117929086A (zh) |
-
2022
- 2022-10-25 CN CN202211311126.1A patent/CN117929086A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101164715B (zh) | 一种诱发板料回弹的非对称拉伸成形模具 | |
| KR102334109B1 (ko) | 금속판의 전단 가공면에서의 변형 한계의 평가 방법, 균열 예측 방법 및 프레스 금형의 설계 방법 | |
| CN103639227A (zh) | 一种制造超薄壁微小圆筒件的模具与方法 | |
| CN112547838B (zh) | 一种金属板材边部成形极限的测试方法 | |
| CN1818606B (zh) | 模拟汽车板料表面拉毛缺陷的方法 | |
| CN101487780A (zh) | 检测中厚板非工作方向性能的方法及装置 | |
| KR20200015711A (ko) | 금속판의 전단 가공면에서의 변형 한계의 평가 방법, 깨짐 예측 방법 및 프레스 금형의 설계 방법 | |
| CN117929086A (zh) | 精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法及装置 | |
| CN101614628B (zh) | 用于检测板材扩孔性能的拉伸冲孔扩孔复合模具 | |
| Kim et al. | Practical evaluation and prediction of edge cracking in forming advanced high strength steels (AHSS) | |
| JP4556432B2 (ja) | 金属板のプレス成形方法 | |
| CN116638020A (zh) | 一种球碗成型的工艺 | |
| CN111595697A (zh) | 一种用于评判冲压时材料抗剪切成形能力的方法 | |
| JP2008023535A (ja) | 金属板のプレス成形方法 | |
| CN205128820U (zh) | 用于汽车发动机关键零件制造的连杆无飞边模锻闭塞模具 | |
| US20210316354A1 (en) | Fine blanking method and device for forming friction plates with friction material layers | |
| CN107490520A (zh) | 一种薄板极限拉深比的检测方法 | |
| JP5423574B2 (ja) | 金属板の曲げ加工時の限界条件の決定方法及びプレス成形時の金属板の曲げ加工部の不具合の予測方法 | |
| Park et al. | Study on the Manufacturing Technology of 2-Cavity Fine Blanking Seat Recliner Die with Minute Module of Accurate Gear | |
| CN104155177B (zh) | 一种超高强钢薄板预冲裁工艺性能测试用试样及其测试方法 | |
| CN105328104B (zh) | 用于汽车发动机关键零件制造的连杆无飞边模锻闭塞模具及锻造工艺 | |
| KR102599529B1 (ko) | 복합 드로잉을 이용한 테일게이트 익스텐션 제조방법 | |
| Park et al. | Development of the Compound Die Forming Technology United between Semi-Progressive and Transfer Die | |
| CN115326504B (zh) | 用于薄钢板边缘拉伸开裂极限的评价方法及其评价装置 | |
| CN114618948A (zh) | 成型装置及折弯成型方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |