CN205027613U - 板料成形性能测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种板料成形性能测定装置，属于板料成形技术领域，所述板料成形性能测定装置包括板料成形极限测试模具、加热设备和图像采集设备，所述板料成形极限测试模具包括上模座和下模座，其中：所述上模座的下部连接有凸模，所述凸模包括连接头和冲头，所述连接头为倒T形，所述连接头的上端螺纹连接在所述上模座上，所述连接头的下端可拆卸的连接所述冲头，所述冲头为圆底冲头或平底冲头；所述下模座的上部连接有凹模，所述凹模的上部设置有压边圈，所述下模座、凹模和压边圈的中部均设置有透孔。本实用新型通过可更换的凸模，能在一台设备上实现Nakajima和Marciniak两种双向拉伸测试方法，降低了测定成本。

Description

板料成形性能测定装置

技术领域

本实用新型涉及板料成形领域，特别是指一种板料成形性能测定装置。

背景技术

板料成形是利用金属板料的塑性，在模具及外力作用下使金属成形的一种加工方法。与切削等加工方法相比，在现代科技生产中得到了广泛的应用，特别是在汽车和航空航天等领域。板料成形件质量与很多因素相关，为提高板料成形零件的质量，需要对其成形性能进行深入的探究。板料成形极限图为板料冲压件成形顺利与否提供了重要判据。

Nakajima实验(曲面法)和Marciniak实验(平面法)提出的两种双向拉伸测试方法经常用于实验获取板料的成形极限图。其中，Nakajima测试方法是采用圆底冲头，Marciniak测试方法是采用平底冲头。实验中，板料在模具和压力作用下受到双向拉伸，板料发生变形，直至破裂，之后通过相应技术获得板料变形的应变程度，构建成形极限图。

传统的成形极限图获取方法是实验前在板料上画网格，实验后通过比较网格的变化得到板料的应变，进而绘制出成形极限图。这种方法复杂，效率低，测量不方便，对测量的要求较高，容易造成测量结果的不准确，而且只能测量试验前后的两个状态，不能对试验过程中的某一状态进行测量。现在通常采用数字图像相关技术，在板料上预先喷制不同的散点图，通过采集板料上各个斑点不同时刻的位置，对比前后板料变形引起的位移变化，从而得出板料的应变。

现有技术中，前述两种双向拉伸测试方法需要分别使用不同的测定装置，增加了测定成本。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够实现Nakajima和Marciniak两种双向拉伸测试方法，测定成本低的板料成形性能测定装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下：

一种板料成形性能测定装置，包括用于对板料进行拉伸的板料成形极限测试模具、用于对板料进行加热的加热设备和用于采集板料成形图像的图像采集设备，所述板料成形极限测试模具包括上模座和与所述上模座相对设置的下模座，其中：

所述上模座的下部连接有凸模，所述凸模包括连接头和冲头，所述连接头为倒T形，所述连接头的上端螺纹连接在所述上模座上，所述连接头的下端可拆卸的连接所述冲头，所述冲头为圆底冲头或平底冲头；

所述下模座的上部连接有凹模，所述凹模的上部设置有压边圈，所述下模座、凹模和压边圈的中部均设置有透孔。

进一步的，所述加热设备包括若干加热棒，所述凸模、凹模和压边圈上设置有加热孔，所述加热棒插设在所述加热孔中。

进一步的，所述加热棒上设置有热电偶，所述加热设备采用PID温度控制器。

进一步的，所述连接头和冲头之间、所述凹模和压边圈之间均设置有隔热板。

进一步的，所述下模座和凹模的中部的透孔均采用锥形面增大内径设计，所述下模座的中间的透孔的内径开始处与所述凹模的中间的透孔的内径最大处相同。

进一步的，所述连接头的下端开有沉头孔，所述连接头的下端通过内六角螺钉连接所述冲头。

进一步的，所述压边圈的下表面和凹模的上表面为锯齿状结构。

进一步的，所述下模座上设置有导套，所述上模座上设置有与所述导套相配合的导柱。

进一步的，所述板料成形性能测定装置还包括底座圆盘，所述底座圆盘位于所述下模座的下方，所述底座圆盘和下模座之间设置有支撑柱。

进一步的，所述图像采集设备包括设置在所述下模座下方的光学镜面和与所述光学镜面相配合设置的摄像机。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型中，凸模和上模座采用螺纹连接方式，能够很方便地更换两种凸模，省去了不同凸模需要加工不同模具的时间和成本。并且，凸模包括连接头和冲头，连接头的下端可拆卸的连接冲头，也可以通过使用相同的连接头仅更换不同的冲头来实现凸模的更换。总之，本实用新型通过可更换的凸模，能在一台设备上实现Nakajima和Marciniak两种双向拉伸测试方法，降低了测定成本。

附图说明

图1为本实用新型的板料成形性能测定装置的结构示意图；

图2为本实用新型的板料成形性能测定装置的原理示意图；

图3为待测定的板料试件的结构示意图，其中3a为一个实施例的结构示意图，3b为另一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型中连接头的结构示意图，其中4a为俯视结构示意图，4b为4a的AA向剖面结构示意图；

图5为本实用新型中冲头的结构示意图，其中5a为俯视结构示意图，5b为5a一种实施例的AA向剖面结构示意图；5c为5a另一种实施例的AA向剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种板料成形性能测定装置，如图1至图5所示，包括用于对板料进行拉伸的板料成形极限测试模具30、用于对板料进行加热的加热设备(未示出)和用于采集板料成形图像的图像采集设备31，板料成形极限测试模具包括上模座7和与上模座7相对设置的下模座1(主要起支撑作用，可采用一支撑板)，其中：

上模座7的下部连接有凸模，凸模包括连接头9和冲头22，连接头9为倒T形，连接头的9上端螺纹连接在上模座7上，连接头9的下端可拆卸的连接冲头22，冲头22为圆底冲头或平底冲头；

下模座1的上部连接有凹模2，凹模2的上部设置有压边圈4(具体的，凹模2可以通过螺纹连接件固定在下模座1上，压边圈4与凹模2也通过螺纹连接件固定)，下模座1、凹模2和压边圈4的中部均设置有透孔。

应用时，将待测定的板料试件(如图3所示)放置在压边圈和凹模之间，通过压边圈压紧板料，防止变形时周边板料的流动。利用加热设备将板料加热到需要的温度，准备开始成形性能测试。之后推动上模座向下模座移动(具体的，可以将整套装置安装在压力机上，由压力机提供动力)，随着上模座的下移，凸模接触到板料，随后在压力作用下使板料发生变形，直至破裂。在实验前，在板料试件上喷涂黑白相间的散斑，在板料发生变形的过程中，这些黑白散斑会出现位置变化，可以用图像采集设备记录下板料的变化过程(如图2所示)，并传输到计算机上由计算机处理获得的图像，计算板料试件的应变，根据计算出的不同宽度板料试件的应变，绘制板料成形极限图，完成板料成形性能的测试。

根据ISO12004-2:2008，针对不同的双向拉伸测试方法，需要有不同的凸模，Nakazim测试方法采用半球形凸模(即圆底冲头，如图5b所示)和Marciniak测试方法采用圆柱平底形凸模(即平底冲头，如图5c所示)。

本实用新型中，凸模和上模座7采用螺纹连接方式，能够很方便地更换两种凸模，省去了不同凸模需要加工不同模具的时间和成本。并且，凸模包括连接头9和冲头22，连接头9的下端可拆卸的连接冲头22，也可以通过使用相同的连接头仅更换不同的冲头来实现凸模的更换。具体的，连接头的下端可以开有沉头孔，连接头的下端通过内六角螺钉连接冲头。

总之，本实用新型通过可更换的凸模，能在一台设备上实现Nakajima和Marciniak两种双向拉伸测试方法，降低了测定成本。

本实用新型中，加热设备可以采用各种方式对板料进行加热，优选采用热传导方式进行加热，具体的，加热设备可以包括加热棒，凸模、凹模和压边圈上设置有加热孔，加热棒插设在加热孔中。

为了较好的控制温度，加热棒上可以设置有热电偶，加热设备采用PID温度控制器。

加热棒上的热电偶能够将温度信号不断反馈到PID温度控制器，PID温度控制器再根据实时温度与所设定温度的差值输出不同的信号到加热棒的功率控制器，功率控制器再根据信号的大小对加热棒进行0-100％的线性控制，这样就实现了加热温度的精确控制。首次启动加热系统，PID温度控制器会根据加热系统从常温到设定温度加热的快慢，超过设定温度后降温的快慢，自动算出对系统最佳的比例值(P值)、积分值(I值)、微分值(D值)，经过几次来回便可完成数值设定，这个过程根据系统的不同所需时间不同。系统也会对数值进行存储，再次使用时系统会自动输入P值、I值、D值，不需要再花费时间对数值进行求解，直接完成达到所设定温度的自动控制。

由于采用热传导方式对板料进行加热，所以需要对被加热的凹模、凸模进行绝热处理，以减少能源浪费和便于温度控制。因此，连接头9和冲头22之间、凹模2和压边圈4之间均可以设置有隔热板20、3，隔热板优选采用云母板等具有良好隔热效果的材料。

现有技术中凸模和上模座因为接触部分面积较大，不便于直接隔热，而本实用新型采用分体式凸模的方法，将凸模做成了上下两部分，即连接头和冲头，在该上下部分之间加一层隔热板即可完成绝热，非常方便。

现在常采用DIC数字散斑应变测量系统结合平面镜成形原理采集成形图像。如果凹模厚度较大，则会有采光问题和图像采集范围小的情况，为此，考虑到整个装置的强度，本实用新型采用凹模2和下模座1两级扩展孔，即下模座1和凹模2的中部的透孔均采用锥形面增大内径设计，下模座1的中间的透孔的内径开始处与凹模2的中间的透孔的内径最大处相同(如图2所示)，这样就扩大了整个采集空间。采用两级扩展孔，是为了避免仅扩大下模座内孔造成下模座强度下降，同时也能采集到板料靠近凹模内透孔柱面部分的成形图像。

如图2所示，为了牢固固定板料，压边圈4的下表面和凹模2的上表面可以为锯齿状结构。如图1所示，下模座1上可以设置有导套8，上模座7上设置有与导套8相配合的导柱21，以保证凸模上下移动时的对中性。进一步的，为了配合导柱和导套的工作方式并增强整个装置的稳固性，板料成形性能测定装置还可以包括底座圆盘6，底座圆盘6位于下模座1的下方，底座圆盘6和下模座1之间设置有支撑柱5。

如图2所示，图像采集设备优选包括设置在下模座1下方的光学镜面24和与光学镜面相配合设置的摄像机25，摄像机优选采用高速摄像机，摄像机能够通过光学镜面的反射记录下板料的变化过程。具体的，在图1中，第一镜座11、第二镜座12、第一平面镜支架13、第二平面镜支架14、第三平面镜支架15组合在一起构成平面镜(即光学镜面24)，与水平面成45度夹角。图1中，16为垫圈，17为螺栓，18为垫圈，19为螺栓，23为内六角螺栓。在图2中，摄像机25和计算机26等共同构成三维数字散斑应变变形测量系统(XTDIC)。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种板料成形性能测定装置，其特征在于，包括用于对板料进行拉伸的板料成形极限测试模具、用于对板料进行加热的加热设备和用于采集板料成形图像的图像采集设备，所述板料成形极限测试模具包括上模座和与所述上模座相对设置的下模座，其中：

所述上模座的下部连接有凸模，所述凸模包括连接头和冲头，所述连接头为倒T形，所述连接头的上端螺纹连接在所述上模座上，所述连接头的下端可拆卸的连接所述冲头，所述冲头为圆底冲头或平底冲头；

所述下模座的上部连接有凹模，所述凹模的上部设置有压边圈，所述下模座、凹模和压边圈的中部均设置有透孔。

2.根据权利要求1所述的板料成形性能测定装置，其特征在于，所述加热设备包括若干加热棒，所述凸模、凹模和压边圈上设置有加热孔，所述加热棒插设在所述加热孔中。

3.根据权利要求2所述的板料成形性能测定装置，其特征在于，所述加热棒上设置有热电偶，所述加热设备采用PID温度控制器。

4.根据权利要求2所述的板料成形性能测定装置，其特征在于，所述连接头和冲头之间、所述凹模和压边圈之间均设置有隔热板。

5.根据权利要求1所述的板料成形性能测定装置，其特征在于，所述下模座和凹模的中部的透孔均采用锥形面增大内径设计，所述下模座的中间的透孔的内径开始处与所述凹模的中间的透孔的内径最大处相同。

6.根据权利要求1所述的板料成形性能测定装置，其特征在于，所述连接头的下端开有沉头孔，所述连接头的下端通过内六角螺钉连接所述冲头。

7.根据权利要求1所述的板料成形性能测定装置，其特征在于，所述压边圈的下表面和凹模的上表面为锯齿状结构。

8.根据权利要求1-7中任一所述的板料成形性能测定装置，其特征在于，所述下模座上设置有导套，所述上模座上设置有与所述导套相配合的导柱。

9.根据权利要求8所述的板料成形性能测定装置，其特征在于，所述板料成形性能测定装置还包括底座圆盘，所述底座圆盘位于所述下模座的下方，所述底座圆盘和下模座之间设置有支撑柱。

10.根据权利要求8所述的板料成形性能测定装置，其特征在于，所述图像采集设备包括设置在所述下模座下方的光学镜面和与所述光学镜面相配合设置的摄像机。