一種高速沖裁裂紋萌生臨界損傷閥值的獲取方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及材料測試及工程應用技術領域，尤其涉及一種高速沖裁裂紋萌生臨界 損傷閥值的獲取方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 沖裁是利用模具使金屬材料產生分離的沖壓工序，包括沖孔、落料、切邊、切口、切 斷、剖切、修邊等具體工序，主要用于制作零件及毛坯件。在沖裁過程中，金屬材料在復雜的 應力應變作用下，金屬材料會經歷由彈塑性變形再到斷裂分離的過程。
[0003] 在這當中，需要預測金屬材料的斷裂分離的過程，以便能夠針對金屬材料的斷裂 分離的過程，優化加工流程。目前預測金屬材料的斷裂分離的過程的方法，主要通過重復性 的拉伸實驗來確定金屬材料的臨界損傷閥值（即對大量的試驗試樣施加應力拉伸，并確定 試樣在拉伸到行程多少時會開始破裂，再根據破裂時的拉伸行程求得該材料的臨界損傷閥 值），再根據臨界損傷閥值形成參考數據發放到加工車間或寫入工具書。
[0004] 但是，在實際的生產過程中，被加工金屬材料的局部溫度會出現波動，尤其是在高 速沖裁過程中，局部溫度甚至可高達400°C以上。局部溫度的急劇變化會金屬材料的應力變 化更加復雜且難以預測，從而使得裂紋的出現時機改變，與通常的拉伸實驗中得到的臨界 損傷閥值出現較大偏差，加工車間若按照參考數據或工具書進行高速沖裁時往往會遇到成 品質量下降，廢品率上升的問題。
【發明內容】
[0005] 本發明的實施例提供一種材料韌性損傷閥值的獲取方法及裝置，能夠解決由于被 加工金屬材料的局部溫度出現波動，而導致的裂紋的出現時機測量不準確的問題。
[0006] 為達到上述目的，本發明的實施例采用如下技術方案：
[0007] 第一方面，本發明的實施例提供一種高速沖裁裂紋萌生臨界損傷閥值的獲取方 法，包括：
[0008] 對試樣進行高應變速率的動態拉伸，并同步拍攝所述試樣在拉伸不同時刻的變形 情況，所述變形情況包括：變形、頸縮和斷裂形貌中的至少一種，其中，頸縮時刻對應的臨界 應變值為所述裂紋萌生時的應變值；
[0009] 根據拍攝的變形情況，確定裂紋萌生的時刻，并根據所述韌性損傷裂紋萌生的時 刻和應力應變數據，得到所述裂紋萌生時的應變值，所述應力應變數據包括：所述試樣在高 應變速率的動態拉伸下的應力應變曲線、動態屈服強度和屈服應變；
[0010] 根據所述應力應變數據和所述試樣在準靜態單向拉伸下的屈服應力，獲取所述試 樣在高應變速率的動態拉伸下的動態力學本構方程；
[0011] 根據所述裂紋萌生時的應變值、所述動態力學本構方程和光亮帶高度值，得到所 述臨界損傷閥值；其中，所述光亮帶高度值是在高速沖裁中，通過測量所述試樣高速沖裁斷 面得到的，且所述動態力學本構方程在沖裁有限元模擬模型中采用所述裂紋萌生時的應變 值得到的模擬值與所述光亮帶高度值之差在指定范圍內。
[0012] 第二方面，本發明的實施例提供一種高速沖裁裂紋萌生臨界損傷閥值的獲取裝 置，包括：透射桿（1)、應變片（2)、高速攝相機（3)、入射桿（4)、彈丸（5)、靶板（6)、示波器 (7)、補強光源（8)、分析模塊（9);其中，透射桿（1)和入射桿（4)分別用于固定試樣的兩 端；2個應變片（2)與示波器（7)相連，并分別設置在透射桿（1)和入射桿（4)上；彈丸（5) 安裝在入射桿（4)上，用于提供入射桿（4)相對于透射桿（1)的位移速度；
[0013] 透射桿（1)和入射桿（4)，用于對試樣進行高應變速率的動態拉伸；
[0014] 高速攝相機（3)，用于同步拍攝所述試樣在拉伸不同時刻的變形情況，所述變形情 況包括：變形、頸縮和斷裂形貌中的至少一種，其中，頸縮時刻對應的臨界應變值為所述裂 紋萌生時的應變值；
[0015] 示波器（7)，用于獲取應力應變數據，所述應力應變數據包括：所述試樣在高應變 速率的動態拉伸下的應力應變曲線、動態屈服強度和屈服應變；
[0016] 分析模塊（9)，用于根據高速攝相機（3)拍攝的變形情況，確定裂紋萌生的時刻， 并根據所述韌性損傷裂紋萌生的時刻和所述應力應變數據，得到所述裂紋萌生時的應變 值；并根據所述應力應變數據和所述試樣在準靜態單向拉伸下的屈服應力，獲取所述試樣 在高應變速率的動態拉伸下的動態力學本構方程；再根據所述裂紋萌生時的應變值、所述 動態力學本構方程和光亮帶高度值，得到所述臨界損傷閥值；其中，所述光亮帶高度值是在 高速沖裁中，通過測量所述試樣高速沖裁斷面得到的，且所述動態力學本構方程在沖裁有 限元模擬模型中采用所述裂紋萌生時的應變值得到的模擬值與所述光亮帶高度值之差在 指定范圍內。
[0017] 本發明實施例提供的高速沖裁裂紋萌生臨界損傷閥值的獲取方法及裝置，通過拉 桿試驗獲得材料高應變速率條件下本構方程的同時，借助高速攝相機獲得材料韌性損傷的 臨界值，從而更精確地模擬高速沖裁過程并預測沖裁斷面質量，再通過高速沖裁試驗優化 調整了韌性損傷閥值的準確性，該方法及裝置適用于拉伸型韌性損傷、剪切型韌性損傷等 損傷檢測過程，并能在高速沖裁這種即有拉伸變形又有剪切分離，并且金屬材料的局部溫 度急劇變化的情況下，準確得到臨界損傷閥值，從而提高高速沖裁時的成品質量，降低廢品 率。
【附圖說明】
[0018] 為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的 附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領 域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附 圖。
[0019]圖la為本發明實施例提供的一種高速沖裁裂紋萌生臨界損傷閥值的獲取方法的 主要流程示意圖；
[0020] 圖lb為本發明實施例提供的一種高速沖裁裂紋萌生臨界損傷閥值的獲取方法的 具體流程示意圖；
[0021] 圖2為本發明實施例提供的一種高速攝像機所拍攝圖像的示意圖；
[0022] 圖3、圖4為本發明實施例提供的具體實例的示意圖；
[0023] 圖5為本發明實施例提供的一種高速沖裁裂紋萌生臨界損傷閥值的獲取裝置的 結構示意圖；
[0024] 圖5中各標號表示：1、透射桿；2、應變片；3、高速攝相機；4、入射桿；5、彈丸；6、靶 板；7、示波器；8、補強光源。
【具體實施方式】
[0025] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0026] 本發明實施例提供一種高速沖裁裂紋萌生臨界損傷閥值的獲取方法，如圖la所 示，包括：
[0027] 101，對試樣進行高應變速率的動態拉伸，并同步拍攝所述試樣在拉伸不同時刻的 變形情況。
[0028] 其中，所述變形情況包括：變形、頸縮和斷裂形貌中的至少一種，其中，頸縮時刻對 應的臨界應變值為所述裂紋萌生時的應變值。對試樣進行高應變速率的動態拉伸具體可以 采用H0PKINS0N拉桿測試。
[0029] 102,根據拍攝的變形情況，確定裂紋萌生的時刻，并根據所述韌性損傷裂紋萌生 的時刻和應力應變數據，得到所述裂紋萌生時的應變值。
[0030] 其中，所述應力應變數據包括：所述試樣在高應變速率的動態拉伸下的應力應變 曲線、動態屈服強度和屈服應變。
[0031] 103,根據所述應力應變數據和所述試樣在準靜態單向拉伸下的屈服應力，獲取所 述試樣在高應變速率的動態拉伸下的動態力學本構方程。