CN1877296B - 用螺纹线测量金属变形体内流动和应变的方法 - Google Patents

Abstract

用螺纹线测量金属变形体内流动和应变的方法，它涉及金属变形体内流动和应变的测量方法。它解决了在不对金属变形体内造成较大缺陷的前提下，直接对金属材料在不同的体积成形工艺下的内部流动和应变进行观察和测量。该方法为：一、加工原始坯料；二、在原始坯料上加工螺纹孔，将螺钉拧入螺纹孔中；三、将经步骤二的坯料进行压力成形；四、沿着螺钉的轴心位置切割；五、用显微镜对截面上的螺纹线进行观测，得到变形后的螺纹线的x、y坐标；六、对步骤五测得的数据进行处理，绘制出变形后的螺纹线，并根据螺纹线上螺距的变化计算螺纹线上各点的应变。本发明直接对真实的金属材料进行变形和测量；对金属材料体内的变形进行测量，测量误差小。

Description

用螺纹线测量金属变形体内流动和应变的方法

技术领域

本发明涉及金属变形体内流动和应变的测量方法。

背景技术

金属体积成形是塑性成形中一大类应用广泛的工艺方法，包括锻造、挤压、轧制、拉拔、旋压、摆碾等。研究金属体积成形过程中的金属流动和应变分布有助于对具体的成形工艺进行缺陷预测和指导模具优化设计，从而降低工艺成本。金属体积成形过程中受金属材料特性、模具、坯料的几何形状、摩擦接触条件以及变形温度的影响，再加之金属具有的不透明性和成形力较大等特点，目前，还很难对金属塑性变形时内部的形变和流动规律进测量。目前，为了研究金属内部的变形和流动规律，通常采用物理模拟的方法，此方法通常选取与金属变形性质类似的软材料作为替代材料，进行变形流动的测量，最常用的是塑性泥。这种方法成本低、材料可重复利用，可对一些复杂零件的成形进行较好的预测。光塑性材料也是物理模拟材料之一，它利用某些有机玻璃在受力作用时的光效应来测量变形体内部的应力应变。物理模拟由于替代材料与金属本身的性质差异以及由此产生的摩擦条件的差异，对于不同的金属材料，这种由替代材料带来的物性差异使得物理模拟结果存在一定的误差，同时也限制了其适用范围。常用的坐标网格法只能得到变形体表面的应变情况，这对于板料成形是有效的，但对于复杂的体积变形则是不够的。

发明内容

本发明的目的是为解决物理模拟替代材料带来的物性差异，使得物理模拟结果与金属材料存在一定的误差，同时也限制了其适用范围，在高温情况下是无法进行的的问题，提出了一种用螺纹线测量金属变形体内流动和应变的方法，解决上述问题的具体技术方案如下：

本发明用螺纹线测量金属变形体内变形流动和应变的方法概括为通过变形前植入金属变形体内螺纹线上螺距的变化测量金属变形体内的应变，具体包含下列步骤：

步骤一、加工原始坯料；

步骤二、在原始坯料的不同部位加工螺纹孔，并加工与原始坯料相同材料的螺钉，将螺钉拧入螺纹孔中，切除露在坯料外面的螺钉，并对表面进行打磨；

步骤三、将经步骤二的坯料在压力机下进行体积成形；

步骤四、将经步骤三变形后的坯料沿着螺钉的轴心位置切割，并对切开后的截面进行打磨和抛光，并对抛光后的截面进行表面处理；

步骤五、对经步骤三、步骤四变形、处理的截面上的变形后的螺纹线用显微镜对其进行观测，得到变形后的螺纹线的x、y坐标上的点；

步骤六、对步骤五测得的螺纹线在x、y坐标上的数据进行处理，绘制出变形后的螺纹线，即可观测金属材料体内变形后的整体螺纹线的形状，根据螺纹线上螺距的变化，计算螺纹线上各点的应变。

本发明比传统的物理模拟方法和坐标网格法，具有以下特点：

一、在不对变形体内部造成较大缺陷的条件下，对金属塑性变形体内部的流动进行观察和测量；二、直接对真实的金属材料进行变形和测量；三、可在高温条件下对金属材料体内的实际变形进行和测量，四、测量结果误差小。对具体的成形工艺进行缺陷预测和指导模具优化设计提供了可靠的依据。

附图说明

图1是坯料压缩前的示意图，图2是图1坯料拧入螺钉后的剖面结构示意图，图3是图2压缩后的示意图，图4是图3截面上在显微镜下观测的变形后的螺纹线示意图。图中1是坯料，2是螺钉，3是螺纹线。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4描述本实施方式。本实施方式包含下列步骤：

步骤一、加工一定工艺尺寸的圆环坯料，如图1所示；

步骤二、在步骤一的圆环坯料的轴向和径向不同部位加工M4的螺纹孔(标准螺距Δy₀为0.7mm)，如图2所示，加工与螺纹孔配合的相同材料的螺钉，并拧入相应的螺纹孔中，切除露在坯料外面的螺钉，并对表面进行打磨；

步骤三、常温下将经步骤二的圆环坯料在压力机下压缩成形，如图3所示；

步骤四、将经步骤三变形后的圆环坯料沿着螺钉的轴心位置切割，并对切开后的截面进行打磨和抛光；

步骤五、对经步骤三、步骤四压缩、处理的截面上的变形后的螺纹线在显微镜下放大100倍进行观测，记录螺纹线上螺齿顶点的坐标，采用相对测量法，即以第一点为原点，测量第二点相对第一点在x，y坐标上的点，然后以第二点为原点，测量第三点相对第二点在x，y坐标上的点，依此类推，得到变形后的螺纹线在x、y坐标上的点；

步骤六、对步骤五测得的螺纹线在x、y坐标上各点的数据，通过作图软件(如Microsoft Excel)绘制出变形后的螺纹线，即可观测金属材料体内变形后的整体螺纹线的形状，如图4所示。

根据螺纹线上螺距的变化，可以计算出轴向螺纹线上各点的轴向应变及径向螺纹线上的径向应变。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于常温下测量金属内部变形流动时，在步骤四中对于铝合金等金属材料切开抛光后的螺纹线切面处进行化学腐蚀。因螺纹线处焊合严重，在显微镜下不易分辨，腐蚀后易于螺纹线的观测。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于在高温条件下测量金属内部变形流动时，对步骤二中的螺钉的表面进行氧化处理(阳极化处理)，使其在螺钉的表面生成一层薄的氧化膜。当铝在350～440℃、钛在900～1100℃变形温度下时金属体内部螺纹线焊合严重，氧化膜的存在有助于清晰地观察和测量螺纹线。其它步骤与具体实施方式一相同。

上述实施方式中采用的为普通压力机，型号为CSS-88000，长春试验机研究所生产的电子万能试验机；显微镜为上海光学仪器五厂生产的晶相显微镜，型号为XJP-B(4×B)。

Claims (3)

1.用螺纹线测量金属变形体内流动和应变的方法，其特征在于该方法包含下列步骤：

步骤一、加工原始坯料；

步骤二、在原始坯料的不同部位加工螺纹孔，并加工与原始坯料相同材料的螺钉，将螺钉拧入螺纹孔中，切除露在坯料外面的螺钉，并对表面进行打磨；

步骤三、将经步骤二的坯料在压力机下进行体积成形；

步骤四、将经步骤三变形后的坯料沿着螺钉的轴心位置切割，并对切开后的截面进行打磨和抛光，并对抛光后的截面进行表面处理；

步骤五、对经步骤三、步骤四变形、处理的截面上的变形后的螺纹线用显微镜对其进行观测，得到变形后的螺纹线的x、y坐标上的点；

步骤六、对步骤五测得的螺纹线在x、y坐标上的数据进行处理，绘制出变形后的螺纹线，即可观测金属材料体内变形后的整体螺纹线的形状，根据螺纹线上螺距的变化，计算出螺纹线上各点的应变。

2.根据权利要求1所述的用螺纹线测量金属变形体内流动和应变的方法，其特征在于常温下测量金属内部变形流动时，在步骤四中对于铝合金材料切开抛光后的螺纹线切面处进行化学腐蚀。

3.根据权利要求1所述的用螺纹线测量金属变形体内流动和应变的方法，其特征在于在高温条件下测量金属内部变形流动时，对步骤二中的螺钉的表面进行氧化处理，使其在螺钉的表面生成一层薄的氧化膜。

Images