测定金属板材成形极限图左半部分的装置及试验方法

摘要

本发明公开了一种测定金属板材成形极限图左半部分的装置，属于金属板料成形领域。包括两个试样固定机构和试样顶升机构，所述两个试样固定机构设置在试样顶升机构的两侧；所述试样顶升机构包括圆柱形滚轮和升降装置，圆柱形滚轮架设在升降装置的上方，所述升降装置带动圆柱形滚轮上下运动。通过圆柱形滚轮逐渐上升使试样的两端出现破裂或直接断开，由于试样材料的通常一端先行破裂或断开，此时另一端恰好处于刚缩颈或刚破裂的临界状态，从而解决了试样刚缩颈或破裂的临界状态难以控制的问题，然后测量此区域的应变可以更加精确地绘制应变极限图的左半部分。本发明还公开一种测定金属板材成形极限图左半部分的实验方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种成形极限图的测定装置及方法，具体讲是一种测定金属板材成形极限图左半部分的装置及方法，属于金属板料成形领域。

背景技术

金属薄板成形极限是指金属塑性变形过程中的极限应变。现有的成形极限图的测定方法都是利用球形或者圆柱形冲头在普通的板材成形性试验机上进行的。试样采用的骨头形试样，其目的是使板料在中间部位断裂，便于观察以及取得所需要的应变路径，如图1所示。

但是在实际试验过程中，如图2所示，利用半球形冲头对板料进行成形获得成形极限图时,由于板料与冲头之间的压应力较大，导致摩擦力较大，往往会造成板料无法从中间断裂，得不到所需要的应变状态；此外，变形后的板料为三维曲面状态，测量表面的网格必须用专用的三维测量系统，加大了测量难度和效率。

利用圆柱形冲头对板料进行获得成形极限图时，由于圆角部位存在较大摩擦力，试样极易从圆角部位发生断裂。因此，必须选用中间加带孔且塑性较好的板料作为垫片。

上述两种方法在判断试样断裂时，都采用力的衰减法或者人眼观察，但是，试样刚缩颈或刚开裂的临界状态仅靠人眼来观察很难控制的恰到好处，往往试样会直接断开而且试样破裂的位置经常在凹模孔口处和拉深筋附近，这就造成了后续成形极限图的绘制误差较大甚至造成试验无效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种能准确控制试样刚缩颈或刚开裂的临界状态，以提高试验精度的测定金属板材成形极限图左半部分的装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的测定金属板材成形极限图左半部分的装置，包括两个试样固定机构和试样顶升机构，所述两个试样固定机构设置在试样顶升机构的两侧；所述试样顶升机构包括圆柱形滚轮和升降装置，圆柱形滚轮架设在升降装置的上方，所述升降装置带动圆柱形滚轮上下运动。

作为改进，所述圆柱形滚轮表面沿周向设有若干个条状凸起。

作为改进，所述试样固定机构包括凹模和压边圈，所述压边圈位于凹模的下方，所述凹模的下表面和压边圈的上表面呈锯齿状；所述凹模的下表面和压边圈的上表面上的锯齿高度由外侧向靠近试样顶升机构的内侧逐渐降低。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种测定金属板材成形极限图左半部分的试验方法，该方法采用上述装置，包括以下步骤：

1)、切割试样，所述试样呈长条形，试样轴向两侧边上均开设两个凹口，试样轴向两侧边凹口位置对应；

2）、在试样表面印制网格；

3）、将试样的两端分别通过试样固定机构分别夹持固定，试样的中部位于在圆柱形滚轮上，

4）、通过升降装置向上顶升圆柱形滚轮至试样的一侧断开后停止；

5）、试样的另一侧处于缩颈或刚破裂状态，测量此区域的应变数据绘制作成形极限图的左半部分。

本发明的有益效果在于：（1）、通过圆柱形滚轮逐渐上升使用试样的两端出现破裂或直接断开，由于试样材料的内部结构分布不均匀、定位等原因出现一端先行破裂或断开，此时另一端恰好处于刚缩颈或刚破裂的临界状态，从而解决了试样刚缩颈或破裂的临界状态难以控制的问题，然后测量此区域的应变可以更加精确地绘制应变极限图的左半部分；（2）、在圆柱形滚轮表面沿周向设有若干个条状凸起，可以顶升过程中加大与试样的接触，防止试样在试验过程中发生移动；（3）、试样固定机构中凹模的下表面和压边圈的上表面呈锯齿状，锯齿由靠近试样顶升机构的内侧向外侧逐渐增大，可以使用试样的夹持更加牢固稳定，并防止试样从被压住的部分断裂；（4）、将试样呈长条形设置，试样轴向两侧边上均开设两个凹口，试样轴向两侧边凹口位置对应，试验过程中试样的两端分别固定在试样固定机构上，试样中部位于圆柱形滚轮上，试样上的凹口分别位于试样固定机构与圆柱形滚轮之间，这样试样更加容易发生断裂，一端发生断裂，由于力松弛，另外一侧不再受到大的拉力，可以保持临界状态；同时，试件断裂位置为平面，便于测量应变数据。

附图说明

图1为现有测定装置的结构示意图；

图2为现有试验试样形状图；

图3为本发明装置的结构示意图；

图4为本发明装置的俯视图；

图5为A部放大图；

图6为圆柱形滚轮结构图；

图7为本发明中试验试样形状图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图3和4所示，本发明中测定金属板材成形极限图左半部分的装置，包括两个试样固定机构和试样顶升机构。两个试样固定机构设置在试样顶升机构的两侧。试样顶升机构包括圆柱形滚轮2、中心转轴3、支架4和液压泵7，中心转轴3穿过圆柱形滚轮2，圆柱形滚轮2可绕中心转轴3自由转动，中心转轴3的两端支撑在支架4，支架4的底部与液压泵7连接，液压泵7通过支架4带动圆柱形滚轮2上下运动。试样固定机构包括凹模5和压边圈6，凹模5位于压边圈6的上方，凹模5的下表面可与压边圈6上表面相接触。试样1的两端分别夹持在两个试样固定机构上，试样1的中部位于圆柱形滚轮2上方。

如图5所示，试样固定机构中凹模5的下表面与压边圈6上表面均呈对应的锯齿状设置；锯齿状的结构从外侧到靠近试样顶升机构的内侧高度逐渐降低，通过此种设置能够有效增加阻力且又能够避免试验过程中试样从边缘部分断裂。凹模5的下表面靠近试样顶升机构的内侧呈现圆角设置，可以降低试验过程中对试样的影响。

如图6所示，圆柱形滚轮2表面沿周向间隔设置多个条纹。在试验过程中通过条纹可以加大圆柱形滚轮2表面与试样1的接触摩擦，防止试样1在试验过程中发生移动。

如图7所示，本发明试验装置采用的试样为长条形结构，试样轴向两侧边上均开设两个凹口，试样轴向两侧边上的凹口位置对应。试样的两端和中部的宽度大于两端与中部之间位置的宽度。试验中，当试样一侧发生断裂，由于力松弛，试样的另外一侧不再受到大的拉力，可以保持刚缩颈或刚开裂的临界状态。此外，断裂位置为平面，便于测量应变数据。如图1所示，现有技术中采用单凹试样，在进行试验过程中如果润滑不好难以达到从中间断裂的目的，往往从两面同时断裂，裂口很大，断裂位置为曲面，应变数据不好测量。

以金属薄板为例，采用上述测定装置的进行试验的具体过程为：

1)、切割金属薄板，如图7所示；

2）、在金属薄板试样外表面上印制网格，用于后续的应变测量；

3）、将金属薄板试样的两端放置在压力圈上，然后向上移动压力圈与凹模闭合，将金属薄板试样夹紧固定；金属薄板试样的中部，位于圆柱形滚轮的上方；

4）、启动液压泵带动圆柱形滚轮向上顶升，圆柱形滚轮与金属薄板试样的中部接触，并逐渐增加顶升力，直到金属薄板试样的一侧断裂，然后停止液压泵；

5）、此时金属薄板试样的另一侧处于刚缩颈或刚破裂状态，测量此区域的应变数据制作成形极限图的左半部分。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。