CN204255762U - 一种板材成形极限图测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种板材成形极限图测试装置及其方法，属于板成形测试技术领域。本实用新型成形极限图测试装置及方法能在普通拉伸试验机上实现板材成形极限图右半部分的测试。本实用新型成形极限图测试装置由多组不同楔形角的楔形模组成，每组楔形模包括四只楔形模，上楔形模与下楔形模上下相对设置，左楔形模与右楔形模左右相对设置。上楔形模与左、右楔形模通过楔形面相互滑动配合，下楔形模也与左、右楔形模通过楔形面相互滑动配合。试样为十字形，试样的四个端头分别固定在上、下、左以及右楔形模上。实验时，上楔形模与下楔形模的上下相对运动带动左楔形模与右楔形模的左右相对运动，从而实现试样双向应力状态的变形。

Description

一种板材成形极限图测试装置

技术领域

本实用新型涉及属于板成形测试技术领域。

背景技术

板料成形是材料成形领域中重要的组成部分，在国民经济中占有十分重要的地位。板料在板成形过程中往往处于平面应力状态，因此一般采用成形极限图来衡量板料成形性，成形极限图也是板成形工艺制定以及相关工模具设计的重要依据。如何准确的获得板料的成形极限图是板成形领域中一个重要的研究方向。

目前，板材成形极限图主要是采用钢模胀形的方法获得，如国家标准“GB/T 15825.8-2008”所述。采用钢模胀形方法测试成形极限图时，首先需要加工制备一组不同长宽比的矩形试样，然后采用一定的方法在试样表面刻蚀网格，接着将准备好的试样固定在压边圈与凹模之间，并采用半球形凸模进行胀形直至试样破裂，最后测量不同样品临界开裂网格的长短轴尺寸并换算得到成形极限图。

对于钢模胀形方法，实验结束后的板材变为球形，这对后续网格尺寸的精确测试造成了困难，不利于获得准确的成形极限图。

发明内容

本实用新型的目的是解决现有的成形极限图右半部分测量技术中，因板材变形为曲面而无法准确测试临界开裂应变的问题。

为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的，一种板材成形极限图测试装置，包括用于安装待测试件的上楔形模板、下楔形模板、左楔形模板和右楔形模板。

所述上楔形模板和下楔形模板形状相同。所述左楔形模板和右楔形模板形状相同。

所述上楔形模板的上端是连接柄Ⅰ、下端是等腰梯形板Ⅰ。所述等腰梯形板Ⅰ左侧的倾斜面为工作面Ⅰ-Ⅰ、右侧的倾斜面为工作面Ⅰ-Ⅱ。所述连接柄Ⅰ与位于上楔形模板上方的拉伸装置Ⅰ连接。

所述下楔形模板的下端是连接柄Ⅱ、上端是等腰梯形板Ⅱ。所述等腰梯形板Ⅱ左侧的倾斜面为工作面Ⅱ-Ⅱ、右侧的倾斜面为工作面Ⅱ-Ⅰ。所述连接柄Ⅱ与位于下楔形模板上方的拉伸装置Ⅱ连接。

所述左楔形模板的右侧开有三角形槽Ⅲ-Ⅰ和三角形槽Ⅲ-Ⅱ。所述三角形槽Ⅲ-Ⅰ和三角形槽Ⅲ-Ⅱ之间的实体部分是矩形板Ⅲ。所述三角形槽Ⅲ-Ⅰ上端的倾斜面为工作面Ⅲ-Ⅰ。所述三角形槽Ⅲ-Ⅱ下端的倾斜面为工作面Ⅲ-Ⅱ。

所述右楔形模板的左侧开有三角形槽Ⅳ-Ⅱ和三角形槽Ⅳ-Ⅰ。所述三角形槽Ⅳ-Ⅰ和三角形槽Ⅳ-Ⅱ之间的实体部分是矩形板Ⅳ。所述三角形槽Ⅳ-Ⅱ上端的倾斜面为工作面Ⅳ-Ⅱ。所述三角形槽Ⅳ-Ⅰ下端的倾斜面为工作面Ⅳ-Ⅰ。

所述上楔形模板的下方是下楔形模板。所述左楔形模板位于上楔形模板和下楔形模板的左侧。所述右楔形模板位于上楔形模板和下楔形模板的右侧。

所述等腰梯形板Ⅰ的两侧分别嵌入三角形槽Ⅲ-Ⅰ和三角形槽Ⅳ-Ⅱ中，使得所述滑动面Ⅰ-Ⅰ与滑动面Ⅲ-Ⅰ接触、所述滑动面Ⅰ-Ⅱ与滑动面Ⅳ-Ⅱ接触。

所述等腰梯形板Ⅱ的两侧分别嵌入三角形槽Ⅲ-Ⅱ和三角形槽Ⅳ-Ⅰ中，使得所述滑动面Ⅱ-Ⅱ与滑动面Ⅲ-Ⅱ接触、所述滑动面Ⅱ-Ⅰ与滑动面Ⅳ-Ⅰ接触。

所述待测试件为十字形。所述待测试件的各个分支分别连接在上楔形模板、下楔形模板、左楔形模板和右楔形模板上。

进一步，所述等腰梯形板Ⅰ和等腰梯形板Ⅱ的底角均为α。所述三角形槽Ⅲ-Ⅰ、三角形槽Ⅲ-Ⅱ、三角形槽Ⅳ-Ⅰ和三角形槽Ⅳ-Ⅱ的槽角均为α。

进一步，所述上楔形模板、下楔形模板、左楔形模板和右楔形模板上分别具有连接销Ⅰ、连接销Ⅱ、连接销Ⅲ和连接销Ⅳ。

本实用新型的优点是：

1、相接触的各个楔形模板之间分别通过楔形面(工作面)实现滑动配合。在实验过程中，上楔形模与下楔形模的上下相对运动能促使左楔形模与右楔形模的左右相对运动，从而实现“十”字状试样在双向应力状态下的变形，而且保证试样在实验过程中始终为平面形状，避免了传统胀形方法因试样曲面化而引起应变测量不准确的问题。

2、本实用新型结构与原理相对简单，可应用于普通拉伸实验机上，从而测试得到板材的右半部分成形极限图。

3、本实用新型不受板材厚度变化的影响，不会因为不同厚度的板材而更换不同的模具，特别适用于厚度为0.5mm～3mm板材成形极限图的测试。

4、本实用新型可以准备多组有着不同角度楔形面的楔形模板，完成右半部分成形极限图的测试。

附图说明

图1为本实用新型测试装置楔形模装配示意图。

图2为本实用新型测试装置上楔形模示意图。

图3为本实用新型测试装置下楔形模示意图。

图4为本实用新型测试装置左楔形模示意图。

图5为本实用新型测试装置右楔形模示意图。

图6为本实用新型测试装置测试成形极限图所采用的试样示意图。

图中：

上楔形模板(1)、连接柄Ⅰ(101)、等腰梯形板Ⅰ(102)、连接销Ⅰ(103)、工作面Ⅰ-Ⅰ(1021)、工作面Ⅰ-Ⅱ(1022)、

下楔形模板(2)、连接柄Ⅱ(201)、等腰梯形板Ⅱ(202)、连接销Ⅱ(203)、工作面Ⅱ-Ⅰ(2021)、工作面Ⅱ-Ⅱ(2022)、

左楔形模板(3)、三角形槽Ⅲ-Ⅰ(301)、三角形槽Ⅲ-Ⅱ(302)、矩形板Ⅲ(303)、连接销Ⅲ(304)、工作面Ⅲ-Ⅰ(3021)、工作面Ⅲ-Ⅱ(3022)、

右楔形模板(4)、三角形槽Ⅳ-Ⅰ(401)、三角形槽Ⅳ-Ⅱ(402)、矩形板Ⅳ(403)、连接销Ⅳ(404)、工作面Ⅳ-Ⅰ(4021)、工作面Ⅳ-Ⅱ(4022)、

待测试件(5)、连接孔Ⅰ(501)、连接孔Ⅱ(502)、连接孔Ⅲ(503)、连接孔Ⅳ(504)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。

实施例1：

一种板材成形极限图测试装置，包括用于安装待测试件5的上楔形模板1、下楔形模板2、左楔形模板3和右楔形模板4。这些模版均是具有相同厚度的金属板。本实施例所称模板的形状，即是各块金属板板面的形状。

参见图1，所述上楔形模板1和下楔形模板2形状、各部分的尺寸大小相同，二者上下对称地摆放。所述左楔形模板3和右楔形模板4形状、各部分的尺寸大小相同，二者左右对称地摆放。

所述上楔形模板1的上端是连接柄Ⅰ101、下端是等腰梯形板Ⅰ102，即使得上楔形模板1的形状类似于汉字的“山”字。参见图2，由于等腰梯形具有两个相等的底角和两条相等的腰，所以，所述等腰梯形板Ⅰ102左右两侧具有角度相等的尖角(即对应于等腰梯形的底角α)。所述等腰梯形板Ⅰ102两侧具有长度相等的工作面(即对应于等腰梯形的两腰)。所述等腰梯形板Ⅰ102左侧的工作面Ⅰ-Ⅰ1021、右侧的工作面Ⅰ-Ⅱ1022。所述连接柄Ⅰ101与位于上楔形模板1上方的拉伸装置Ⅰ连接。实施例中，拉伸装置Ⅰ和拉伸装置Ⅱ是同一台拉伸机的上下夹头。

所述下楔形模板2的下端是连接柄Ⅱ201、上端是等腰梯形板Ⅱ202，即使得下楔形模板2的形状类似于倒过来写的汉字的“山”字。参见图3，由于等腰梯形具有两个相等的底角和两条相等的腰，所以，所述等腰梯形板Ⅱ202左右两侧具有角度相等的尖角(即对应于等腰梯形的底角α)。所述等腰梯形板Ⅱ202两侧具有长度相等的工作面(即对应于等腰梯形的两腰)。所述等腰梯形板Ⅱ202左侧的工作面Ⅱ-Ⅱ2022、右侧的工作面Ⅱ-Ⅰ2021。所述连接柄Ⅱ201与位于下楔形模板2上方的拉伸装置Ⅱ连接。

值得说明的是，所述连接柄Ⅰ101、等腰梯形板Ⅰ102、连接销Ⅰ103、工作面Ⅰ-Ⅰ1021和工作面Ⅰ-Ⅱ1022，分别与连接柄Ⅱ201、等腰梯形板Ⅱ202、连接销Ⅱ203、工作面Ⅱ-Ⅰ2021和工作面Ⅱ-Ⅱ2022的形状、尺寸均相同。

所述左楔形模板3最初是一块矩形的金属板，加工后，所述左楔形模板3的右侧开有贯通其两个板面的三角形槽Ⅲ-Ⅰ301和三角形槽Ⅲ-Ⅱ302。所述三角形槽Ⅲ-Ⅰ301和三角形槽Ⅲ-Ⅱ302之间的实体部分是矩形板Ⅲ303。这样就使得左楔形模板3的形状类似于字母E。三角形槽Ⅲ-Ⅰ301位于三角形槽Ⅲ-Ⅱ302上方。三角形槽Ⅲ-Ⅰ301和三角形槽Ⅲ-Ⅱ302的槽口均在左楔形模板3的右侧面，槽底角均为α。三角形槽Ⅲ-Ⅰ301的下端的表面为水平面、上端的表面为倾斜面，这使得三角形槽Ⅲ-Ⅰ301的(截面)形状为直角三角形。所述三角形槽Ⅲ-Ⅰ301上端的倾斜面为滑动面Ⅲ-Ⅰ3021。类似的，所述三角形槽Ⅲ-Ⅱ302的下端的表面为倾斜面、上端的表面为水平面，这使得三角形槽Ⅲ-Ⅱ302的(截面)形状为直角三角形。所述三角形槽Ⅲ-Ⅱ302下端的倾斜面为滑动面Ⅲ-Ⅱ3022。

所述右楔形模板4最初是一块矩形的金属板，加工后，所述右楔形模板4的左侧开有贯通其两个板面的三角形槽Ⅳ-Ⅱ402和三角形槽Ⅳ-Ⅰ401。所述三角形槽Ⅳ-Ⅰ401和三角形槽Ⅳ-Ⅱ402之间的实体部分是矩形板Ⅳ403。这样就使得右楔形模板4的形状类似于字母E。三角形槽Ⅳ-Ⅱ401位于三角形槽Ⅳ-Ⅰ402下方。三角形槽Ⅳ-Ⅱ402和三角形槽Ⅳ-Ⅰ401的槽口均在右楔形模板4的左侧面，槽底角均为α。

三角形槽Ⅳ-Ⅱ402的下端的表面为水平面、上端的表面为倾斜面，这使得三角形槽Ⅳ-Ⅱ402的(截面)形状为直角三角形。所述所述三角形槽Ⅳ-Ⅱ402上端的倾斜面为滑动面Ⅳ-Ⅱ4022。类似的，所述三角形槽Ⅳ-Ⅰ401的下端的表面为倾斜面、上端的表面为水平面，这使得三角形槽Ⅳ-Ⅰ401的(截面)形状为直角三角形。所述三角形槽Ⅳ-Ⅰ401下端的倾斜面为滑动面Ⅳ-Ⅰ4021。

所述上楔形模板1的下方是下楔形模板2。所述左楔形模板3位于上楔形模板1和下楔形模板2的左侧。所述右楔形模板4位于上楔形模板1和下楔形模板2的右侧。

所述等腰梯形板Ⅰ102的两侧(的尖角)分别嵌入三角形槽Ⅲ-Ⅰ301和三角形槽Ⅳ-Ⅱ402中，使得所述工作面Ⅰ-Ⅰ1021与工作面Ⅲ-Ⅰ3021滑动配合、所述工作面Ⅰ-Ⅱ1022与工作面Ⅳ-Ⅱ4022滑动配合。向上拉伸等腰梯形板Ⅰ102时，左楔形模板3和右楔形模板4分别向左右两侧分开。

所述等腰梯形板Ⅱ202的两侧(的尖角)分别嵌入三角形槽Ⅲ-Ⅱ302和三角形槽Ⅳ-Ⅰ401中，使得所述工作面Ⅱ-Ⅱ2022与工作面Ⅲ-Ⅱ3022滑动配合、所述工作面Ⅱ-Ⅰ2021与工作面Ⅳ-Ⅰ4021滑动配合。向下拉伸等腰梯形板Ⅱ202时，左楔形模板3和右楔形模板4分别向左右两侧分开。

所述待测试件5为十字形。所述待测试件5的四个分支分别连接在上楔形模板1、下楔形模板2、左楔形模板3和右楔形模板4上。

实施例2：

本实施例主要结构同实施例1，为了方便固定被测试件5，所述上楔形模板1、下楔形模板2、左楔形模板3和右楔形模板4上分别具有连接销Ⅰ103、连接销Ⅱ203、连接销Ⅲ304和连接销Ⅳ404。对应地，所述待测试件5的四个分支上分别打有连接孔Ⅰ501、连接孔Ⅱ502、连接孔Ⅲ503和连接孔Ⅳ504，连接销可以嵌入这些孔中。

上述实施例公开的装置中，所述等腰梯形板Ⅰ102和等腰梯形板Ⅱ202的底角均为α。所述三角形槽Ⅲ-Ⅰ301、三角形槽Ⅲ-Ⅱ302、三角形槽Ⅳ-Ⅰ401和三角形槽Ⅳ-Ⅱ402的槽角均为α。α取值范围是[20°，90°]。若α取值范围小于90°时，则该装置是实施例1所述的装置。

本实施例公开装置的使用方法，即板材成形极限图测试方法是：将待测板材加工为如图6所示的“十”字形试样，并在四个端头加工出定位孔。采用化学腐蚀或者其他方法在试样上刻上适当尺寸的圆形网格，以便实验结束后测量应变，或者在实验过程中实时测量应变。选用一套测试装置，该装置的角度参数α已知,例如45°。将所加工试样与一组楔形模采用图1所示的装配方式进行组装，并将上楔形模板1和下楔形模板2分别与拉伸试验机相连。实验开始后，上楔形模板1和下楔形模板2由拉伸试验机驱动，产生上下相对运动，并促使左楔形模板3与右楔形模板4发生左右方向的相对运动，从而实现试样5在双向应力状态下的变形。(或者，上楔形模板1与下楔形模板2产生上下相对运动，左楔形模板3与右楔形模板4相对不动，实现试样的平面应变拉伸变形。)当试样开裂时，停止实验。由于，各个楔形模板均在同一个平面内发生相对运动，试样不会发生曲面化变形。取下试样，测量临界开裂位置的应变，得到成形极限图上的一点。

实施例结果表明，本实用新型的测试装置可在保证试样为平面形状的前提下实现双向应力状态下的变形，从而避免了传统胀形方法导致试样曲面化而引起的应变测量不准的问题。本实用新型成形极限图测试装置结构简单，制造加工成本低且简单易于加工。本实用新型成形极限图测试装置应用范围广，不受板材厚度的限制，应用结果表明，对于板材厚度在0.5mm～3mm以内的样品，结果最佳。

Claims (3)

1.一种板材成形极限图测试装置，其特征在于：包括用于安装待测试件（5）的上楔形模板（1）、下楔形模板（2）、左楔形模板（3）和右楔形模板（4）；

上楔形模板（1）和下楔形模板（2）形状相同；左楔形模板（3）和右楔形模板（4）形状相同；

上楔形模板（1）的上端是连接柄Ⅰ（101）、下端是等腰梯形板Ⅰ（102）；等腰梯形板Ⅰ（102）左侧的倾斜面为工作面Ⅰ-Ⅰ（1021）、右侧的倾斜面为工作面Ⅰ-Ⅱ（1022）；连接柄Ⅰ（101）与位于上楔形模板（1）上方的拉伸装置Ⅰ连接；

下楔形模板（2）的下端是连接柄Ⅱ（201）、上端是等腰梯形板Ⅱ（202）；等腰梯形板Ⅱ（202）左侧的倾斜面为工作面Ⅱ-Ⅱ（2022）、右侧的倾斜面为工作面Ⅱ-Ⅰ（2021）；连接柄Ⅱ（201）与位于下楔形模板（2）上方的拉伸装置Ⅱ连接；

左楔形模板（3）的右侧开有三角形槽Ⅲ-Ⅰ（301）和三角形槽Ⅲ-Ⅱ（302）；三角形槽Ⅲ-Ⅰ（301）和三角形槽Ⅲ-Ⅱ（302）之间的实体部分是矩形板Ⅲ（303）；三角形槽Ⅲ-Ⅰ（301）上端的倾斜面为工作面Ⅲ-Ⅰ（3021）；三角形槽Ⅲ-Ⅱ（302）下端的倾斜面为工作面Ⅲ-Ⅱ（3022）；

右楔形模板（4）的左侧开有三角形槽Ⅳ-Ⅱ（402）和三角形槽Ⅳ-Ⅰ（401）；三角形槽Ⅳ-Ⅰ（401）和三角形槽Ⅳ-Ⅱ（402）之间的实体部分是矩形板Ⅳ（403）；三角形槽Ⅳ-Ⅱ（402）上端的倾斜面为工作面Ⅳ-Ⅱ（4022）；三角形槽Ⅳ-Ⅰ（401）下端的倾斜面为工作面Ⅳ-Ⅰ（4021）；

上楔形模板（1）的下方是下楔形模板（2）；左楔形模板（3）位于上楔形模板（1）和下楔形模板（2）的左侧；右楔形模板（4）位于上楔形模板（1）和下楔形模板（2）的右侧；

等腰梯形板Ⅰ（102）的两侧分别嵌入三角形槽Ⅲ-Ⅰ（301）和三角形槽Ⅳ-Ⅱ（402）中，使得滑动面Ⅰ-Ⅰ（1021）与滑动面Ⅲ-Ⅰ（3021）接触、滑动面Ⅰ-Ⅱ（1022）与滑动面Ⅳ-Ⅱ（4022）接触；

等腰梯形板Ⅱ（202）的两侧分别嵌入三角形槽Ⅲ-Ⅱ（302）和三角形槽Ⅳ-Ⅰ（401）中，使得滑动面Ⅱ-Ⅱ（2022）与滑动面Ⅲ-Ⅱ（3022）接触、滑动面Ⅱ-Ⅰ（2021）与滑动面Ⅳ-Ⅰ（4021）接触；

待测试件（5）为十字形；待测试件（5）的各个分支分别连接在上楔形模板（1）、下楔形模板（2）、左楔形模板（3）和右楔形模板（4）上。

2.根据权利要求1所述的一种板材成形极限图测试装置，其特征在于：等腰梯形板Ⅰ（102）和等腰梯形板Ⅱ（202）的底角均为α；三角形槽Ⅲ-Ⅰ（301）、三角形槽Ⅲ-Ⅱ（302）、三角形槽Ⅳ-Ⅰ（401）和三角形槽Ⅳ-Ⅱ（402）的槽角均为α。

3.根据权利要求1所述的一种板材成形极限图测试装置，其特征在于：上楔形模板（1）、下楔形模板（2）、左楔形模板（3）和右楔形模板（4）上分别具有连接销Ⅰ（103）、连接销Ⅱ（203）、连接销Ⅲ（304）和连接销Ⅳ（404）。