專利名稱:復合應變路徑成形試驗裝置的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種復合應變路徑成形試驗裝置,該裝置用于厚度為0. 3 2mm的金屬薄板材料在脹形+拉延的復合應變路徑下的成形極限測試和研究。
背景技術:
成形極限是金屬薄板成形領域中重要的性能指標和工藝參數,反映金屬薄板在塑性失穩前所能取得的最大變形程度。為確定金屬薄板拉伸失穩的成形極限,人們從理論和實驗等方面提出了許多研究與評價方法。成形極限圖也稱成形極限曲線,常用FLD或FLC 表示。成形極限圖是判斷和評定金屬薄板成形性的最為簡便和直觀的方法,它可以較好地反映金屬薄板的極限變形能力,定量衡量金屬薄板沖壓成形性能的好壞。金屬薄板成形性能的好壞通常以成形極限加以區分,成形極限的大小同金屬薄板在變形過程中的應變路徑密切相關,在不同應變路徑下得到的金屬薄板成形極限相差很大。現有的成形極限曲線(FLC)是金屬薄板在不同線性應變路徑下一系列成形極限應變數據點在應變平面上擬合得到的一條曲線,其檢測方法在GB/TM171. 2-2009和 IS012004-2 2008中有具體規定。采用預應變的方法進行的復合應變路徑的成形極限測試,由于預應變的難度和應變測量的不連續,這會造成檢測的成形極限不是很準確,不利于對成形性能好壞的研究。公告號為C擬676182Y,公告日為2005年2月2日,專利名稱為一種成形極限試驗用模具的專利公開了一種由凹模、壓邊圈、剛性球型凸模和活塞組成的成形極限試驗用模具,該模具只能完成單純的脹形變形或拉延變形。公開號為CN201681026U,
公開日為2010 年12月22日,專利名稱為一種板材成形極限測試裝置公開了一種成形極限測試裝置,該裝置包括凹模、凸模、凹模固定板、凸模固定板等部件,該裝置雖能完成成形極限的測試,但仍然不能滿足復合應變路徑測試的需要。因此我們需要一種結構簡單、使用方便,能同時完成不同裝置下才能完成的復合應變路徑測量的裝置。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種復合應變路徑成形試驗裝置,該裝置結構簡單,使用方便,能實現金屬薄板材料在脹形+拉延的復合應變路徑下的成形極限測試和研究。本發明所采用的技術方案是一種復合應變路徑成形試驗裝置,包括有凸模、凹模和壓邊模,其特征在于所述的凸模包括有分裂式球形沖頭、沖頭頂桿和模座,所述的分裂式球形沖頭由第一沖頭、第二沖頭、第三沖頭和第四沖頭組成,整體呈半球形;第一沖頭、第二沖頭、第三沖頭和第四沖頭通過沖頭連桿與模座連接;所述的第一沖頭與第二沖頭連接為一整體,組成橫截面呈工字結構的頂升沖頭,第三沖頭和第四沖頭分別位于頂升沖頭工字結構的腹板的兩側;沖頭頂桿的一端與頂升沖頭連接,沖頭頂桿的另一端伸出模座;所述的凹模的內腔設有分離模,分離模通過定位桿與凹模固定;所述的分離模包括有兩個凸塊和一個凹槽,兩個凸塊分別與第三沖頭、第四沖頭相適配,凹槽與頂升沖頭相適配;凹模上開有與凹模內腔相連通的通孔,該凹槽上的通孔與分離模上的通孔同軸,組成一個長通孔;所述的長通孔可以用于應變測量系統的拍攝;凹模、壓邊模和模座通過導桿依次串聯連接。按上述方案,分離模的頂端與凹模內腔的頂面之間設有墊塊,墊塊上設有通孔,通孔與分離模上的通孔同軸。按上述方案,所述的沖頭頂桿的下端設有呈十字的限位橫桿。按上述方案,所述的壓邊模包括壓邊圈和壓邊頂桿,壓邊頂桿的一端與壓邊圈連接,壓邊頂桿的另一端伸出模座。按上述方案,壓邊圈和分裂式球形沖頭之間設置有墊圈。復合應變路徑成形試驗裝置的運動分為三個階段(1)壓邊頂桿推動壓邊圈壓緊圓形的金屬薄板試樣;( 模座承載分裂式球形沖頭對金屬薄板試樣進行脹形變形,直到墊圈壓緊金屬薄板試樣;C3)在金屬薄板試樣的脹形變形高度達到設定值時,沖頭頂桿繼續推動分裂式球形沖頭的頂升沖頭,使頂升沖頭與分離模發生沖裁作用,將已變形成球形的金屬薄板試樣的頂部剪切為條帶狀,并繼續使金屬薄板試樣發生拉延變形直至破裂。由于試樣形狀的改變導致約束條件的變化,其頂部材料的流動方式從脹形變形過渡到拉延變形,從而達到在一次試驗過程中獲得脹形變形+拉延變形的復合應變路徑的試驗效果。一種使用復合應變路徑成形試驗裝置的方法,包括如下步驟(1)將墊塊和分離模置于凹模的內腔內,并用定位桿固定;將沖頭頂桿的一端穿過模座后,再與由第一沖頭和第二沖頭組成的頂升沖頭連接;將第一沖頭、第二沖頭、第三沖頭和第四沖頭通過沖頭連桿與模座連接;在分裂式球形沖頭的外設置壓邊圈,將壓邊頂桿的一端穿過模座后,再與壓邊圈連接,在分裂式球形沖頭和壓邊圈之間設置墊圈;將帶網格的金屬薄板試樣置于壓邊圈和凹模之間,再將導桿依次穿過凹模、壓邊圈和模座;將與應變測量系統相連的攝像頭置于凹模通孔上方。(2)推動壓邊頂桿,使壓邊圈和凹模將金屬薄板試樣壓緊。(3)推動沖頭頂桿,使頂升沖頭往上頂金屬薄板試樣進行脹形變形;繼續往上推沖頭頂桿,使頂升沖頭與分離模產生對金屬薄板試樣的沖裁作用,將已變形為球形的金屬薄板試樣的頂部剪切為條帶狀,這時金屬薄板試樣發生拉延變形。原理針對薄板成形試驗中復合應變路徑對成形極限影響研究的需要,設計了一種脹形變形+拉延變形的復合應變路徑成形試驗裝置,配合相應的成形試驗機和在線應變測量系統,該裝置能夠在一次試驗中完成不同預應變大小的脹形變形到拉延破裂的成形極限測量。本發明的有益效果在于1、結構簡單,使用方便。2、能夠完成金屬薄板在脹形變形 +拉延變形的復合應變路徑下的成形極限測量問題,為金屬薄板在復雜應變路徑下成形極限的檢測創造了條件,有利于金屬薄板材料成形性能的研究。
圖1是采用復合應變路徑成形試驗裝置將金屬薄板試樣壓緊時的剖視結構示意圖。圖2是采用復合應變路徑成形試驗裝置將金屬薄板試樣進行脹形變形時從前往后看的剖視結構示意圖。
圖3是采用復合應變路徑成形試驗裝置將金屬薄板試樣進行脹形變形時從左往右看的剖視結構示意圖。
圖4是采用復合應變路徑成形試驗裝置將金屬薄板試樣剪切、拉延變形時的剖視結構示意圖O
圖5是分裂式球形沖頭的正視結構示意圖。
圖6是分裂式球形沖頭的左視結構示意圖。
圖7是分裂式球形沖頭的俯視結構示意圖。
圖8是分離模的仰視結構示意圖。
圖9是分離模的豎剖結構示意圖。
圖10是分離模的橫剖結構示意圖。
圖11是模座仰視結構示意圖。
圖12是模座豎剖結構示意圖。
圖13是模座橫剖結構示意圖。
圖14是壓邊圈的俯視結構示意圖。
圖15是壓邊圈的豎剖結構示意圖。
圖16是壓邊圈的橫剖結構示意圖。
圖17是墊塊的仰視結構示意圖。
圖18是墊塊的豎剖結構示意圖。
圖19是墊塊的橫剖結構示意圖。
圖20是凹模的仰視結構示意圖。
圖21是凹模的豎剖結構示意圖。
圖22是凹模的橫剖結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖進一步說明本發明的實施例。參見圖1至圖22,一種復合應變路徑成形試驗裝置,包括有凸模、凹模1和壓邊模,所述的凸模包括有分裂式球形沖頭3、沖頭頂桿9和模座6,所述的分裂式球形沖頭3由第一沖頭3-1、第二沖頭3-2、第三沖頭3-3和第四沖頭3-4組成,整體呈半球形;第一沖頭 3-1、第二沖頭3-2、第三沖頭3-3和第四沖頭3-4通過4根沖頭連桿13固定在模座6上; 在試驗時,分裂球形沖頭3的脹形動作由模座6支撐。所述的第一沖頭3-1與第二沖頭3-2 連接為一整體,組成橫截面呈工字結構的頂升沖頭,第三沖頭3-1和第四沖頭3-4分別位于頂升沖頭工字結構的腹板3a的兩側;所述的沖頭頂桿7的下端設置呈十字的限位橫桿9, 沖頭頂桿7的上端穿過模座6與頂升沖頭連接;在試驗時,沖頭頂桿7用于推動分裂球形沖頭3的頂升沖頭執行金屬薄板試樣12的剪切和拉延變形。所述的凹模1的內腔1-2內依次設置有墊塊10和分離模11,并通過定位桿14與凹模1固定;墊塊10上的通孔10-1、分離模11上的通孔11-3與凹模1上的通孔1-1同軸,組成一個長通孔,長通孔用于應變測量系統相連的攝像頭的拍攝,該攝像頭將金屬薄板試樣12的變形傳給應變測量系統,應變測量系統對金屬薄板試樣12頂部的變形情況進行跟蹤測量。所述的分離模11包括有兩個凸塊11-1和一個凹槽11-2,兩個凸塊11-1分別與第三沖頭3-3、第四沖頭3_4相適配,凹槽 11-2與頂升沖頭相適配。所述的壓邊模包括壓邊圈4和壓邊頂桿8,壓邊頂桿8的一端與壓邊圈4連接,壓邊頂桿8的另一端伸出模座6,壓邊圈4的壓邊動作由四根壓邊頂桿8推動完成,在分裂式球形沖頭3和壓邊圈4之間設置墊圈5,墊圈5的高度可根據脹形的高度來調整。凹模1、壓邊圈4、模座6通過導桿2依次串聯連接,且導桿2固定在模座6上。金屬薄板試樣12置于凹模1與壓邊圈4之間。一種使用復合應變路徑成形試驗裝置的方法,包括如下步驟(1)將墊塊10和分離模11置于凹模1的內腔1-2內,并用定位桿14固定;將沖頭頂桿7的一端穿過模座6后,再與由第一沖頭3-1和第二沖頭3-2組成的頂升沖頭連接; 將第一沖頭3-1、第二沖頭3-2、第三沖頭3-3和第四沖頭3-4通過沖頭連桿13與模座6連接;在分裂式球形沖頭3的外設置壓邊圈4,將壓邊頂桿8的一端穿過模座6后,再與壓邊圈 4連接,在分裂式球形沖頭3和壓邊圈4之間設置墊圈5 ;將帶網格的金屬薄板試樣12置于壓邊圈4和凹模1之間,再將導桿2依次穿過凹模1、壓邊圈4和模座6 ;將與應變測量系統相連的攝像頭置于凹模1上的孔1-1中。(2)參見圖1,推動壓邊頂桿8,使壓邊圈4和凹模1將金屬薄板試樣12壓緊。(3)參見圖2、圖3和圖4,推動沖頭頂桿7,使頂升沖頭往上頂金屬薄板試樣12進行脹形變形;繼續往上推沖頭頂桿7,使頂升沖頭與分離模11產生對金屬薄板試樣12的沖裁作用,將已變形為球形的金屬薄板試樣12的頂部剪切為條帶狀,這時金屬薄板試樣12發生拉延變形。以上所述的金屬薄板試樣12采用圓形,且直徑Φ 180,厚度0. 3 2mm。原理為先在金屬薄板試樣12上印制網格(圓、方網格或散斑),將金屬薄板試樣沖壓直至破裂,試驗中用網格自動應變測試分析系統(ARAMIQ對變形的網格進行記錄,分析后得到材料的極限應變,將測得的一系列極限應變數據點連接得到材料相應應變路徑下的 FLC。本發明可以有效解決脹形+拉延這種組合應變路徑下材料成形極限的檢測難題, 通過一次連續的試驗方便地完成不同預應變大小的脹形變形到拉延破裂的成形極限的測量。其過程為一定直徑的帶有網格的圓形試樣一壓邊一在線應變測量一脹形變形一(試樣結構的變化)一拉延變形一試樣破裂。本發明對于形狀復雜或多工序條件下零件的CAE模擬具有實際應用意義。以上所述,僅是本發明的較佳實施例而已,并非對本發明作任何形式上的限制,本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改,等同變化或修飾,均落在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種復合應變路徑成形試驗裝置,包括有凸模、凹模和壓邊模,其特征在于所述的凸模包括有分裂式球形沖頭、沖頭頂桿和模座,所述的分裂式球形沖頭由第一沖頭、第二沖頭、第三沖頭和第四沖頭組成,整體呈半球形;第一沖頭、第二沖頭、第三沖頭和第四沖頭通過沖頭連桿與模座連接;所述的第一沖頭與第二沖頭連接為一整體,組成橫截面呈工字結構的頂升沖頭,第三沖頭和第四沖頭分別位于頂升沖頭工字結構的腹板的兩側;沖頭頂桿的一端與頂升沖頭連接,沖頭頂桿的另一端伸出模座;所述的凹模的內腔設有分離模,分離模通過定位桿與凹模固定;所述的分離模包括有兩個凸塊和一個凹槽,兩個凸塊分別與第三沖頭、第四沖頭相適配,凹槽與頂升沖頭相適配;凹模上開有與凹模內腔相連通的通孔, 該凹槽上的通孔與分離模上的通孔同軸,組成一個長通孔;凹模、壓邊模和模座通過導桿依次串聯連接。
2.如權利要求1所述的復合應變路徑成形試驗裝置,其特征在于分離模的頂端與凹模內腔的頂面之間設有墊塊,墊塊上設有通孔,通孔與分離模上的通孔同軸。
3.如權利要求1所述的復合應變路徑成形試驗裝置,其特征在于所述的沖頭頂桿的下端設有呈十字的限位橫桿。
4.如權利要求1所述的復合應變路徑成形試驗裝置,其特征在于所述的壓邊模包括壓邊圈和壓邊頂桿,壓邊頂桿的一端與壓邊圈連接,壓邊頂桿的另一端伸出模座。
5.如權利要求4所述的復合應變路徑成形試驗裝置,其特征在于壓邊圈和分裂式球形沖頭之間設置有墊圈。
全文摘要
本發明涉及一種復合應變路徑成形試驗裝置,該裝置包括有分裂式球形沖頭,所述的分裂式球形沖頭由第一沖頭、第二沖頭、第三沖頭和第四沖頭組成,整體呈半球形,所述的第一沖頭與第二沖頭組成頂升沖頭,第三沖頭和第四沖頭分別位于頂升沖頭兩側;沖頭頂桿的一端與頂升沖頭連接,沖頭頂桿的另一端伸出模座;凹模的內腔設置有分離模,分離模與分裂式球形沖頭相適配。本發明的有益效果在于1、結構簡單,使用方便。2、能夠完成金屬薄板在脹形變形+拉延變形的復合應變路徑下的成形極限測量問題,為金屬薄板在復雜應變路徑下成形極限的檢測創造了條件,有利于金屬薄板材料成形性能的研究。
文檔編號G01N3/28GK102353598SQ20111019452
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月12日 優先權日2011年7月12日
發明者劉吉斌, 吳青松, 李榮鋒, 祝洪川, 胡吟萍, 葛銳 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司