本發(fā)明涉及沖壓成形領(lǐng)域，特別涉及測量非線性應(yīng)變路徑下的沖壓成形極限試驗裝置及其試驗方法。

背景技術(shù)：

沖壓成形零件在抗碰撞性能、耐蝕性能和成本控制方面具有明顯優(yōu)勢，是在保證安全性的前提下實現(xiàn)車身輕量化的最有效途徑。沖壓成形技術(shù)具有以下特點：①成形件的強度更高，屈服強度可達1100MPa，抗拉強度可達1500MPa；②幾乎無回彈，零件精度更高，成形質(zhì)量更好；③高溫下材料塑性好，能一次成形更復雜的零件，可減少模具數(shù)量和成形工序。沖壓技術(shù)可有效避免鋼板在常溫下成形具有回彈量大、成形性差的缺陷，已逐漸成為車身應(yīng)用的主流趨勢。

高溫下金屬材料的彈性模量及抗拉強度下降，且板料與模具間的摩擦系數(shù)增大，破裂在沖壓成形中是最主要的成形缺陷。工業(yè)生產(chǎn)和學術(shù)研究中，通常都采用成形極限對沖壓過程中的破裂進行有效預測。

非線性應(yīng)變路徑下的成形極限與線性應(yīng)變路徑下的成形極限具有一定的差異，實際沖壓過程中，幾乎所有區(qū)域的應(yīng)變路徑均屬于非線性應(yīng)變路徑，僅極少的區(qū)域近似于線性應(yīng)變路徑，因此測量鋼板的非線性應(yīng)變路徑下的成形極限，意義非常重要。線性應(yīng)變路徑的冷、熱成形極限均可基于Nakazima試驗完成，區(qū)別就在于熱成形極限的測試過程中額外增加了一個保溫裝置；但是傳統(tǒng)的非線性應(yīng)變路徑的冷成形極限測試需要進行預拉伸操作再進行沖壓試驗，通過預拉伸的方向和程度得到不同應(yīng)變路徑下的成形極限，這兩個過程需要在兩套不同的設(shè)備中完成。由于沖壓成形過程中鋼板的溫度高達幾百攝氏度，如果實驗過程中途進行了卸載、換模具等操作，則鋼板將因溫度發(fā)生較大變化(因熱輻射等引起溫度快速下降)而發(fā)生組織相變最終改變材料性能。因此，在同一套實驗裝置中測量非線性應(yīng)變路徑下的成形極限具有非常重要的實際意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述技術(shù)問題，提出一種根據(jù)上述提出的傳統(tǒng)成形極限測試裝置和測試方法不能實現(xiàn)非線性應(yīng)變路徑下的沖壓成形極限測試等技術(shù)問題，而提供一種能夠用于非線性應(yīng)變路徑下的成形極限的測試裝置及其其測試(或者試驗)方法。

本發(fā)明主要利用一個數(shù)控三維激光頭在沖壓成形過程中對金屬板材進行試樣局部切割，從而改變金屬板材的受力狀態(tài)，實現(xiàn)變形區(qū)域應(yīng)變路徑的轉(zhuǎn)變，最終實現(xiàn)非線性應(yīng)變路徑成形極限的測試。

為達到以上目的，通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

測量非線性應(yīng)變路徑下的沖壓成形極限試驗裝置，包括：上模架、導套、導柱、凹模固定板、連接體、凹模、下模架、保壓裝置、壓邊圈、數(shù)控三維激光頭和凸模；

下模架固定于預設(shè)的裝置基座上，凸?？刹鹦堆b配于下模架中部；

壓邊圈通過保壓裝置支撐設(shè)置于凸模正上方；

上模架固定于頂部下壓機構(gòu)上；

上模架與下模架之間通過多根導柱實現(xiàn)垂直導向，即上模架在導柱的導向作用下可縱向移動；

導套裝配于上模架與導柱配合位置；

凹模固定板固定于下模架下端面；

連接體為中部開放式的連接架體結(jié)構(gòu)，且固定于凹模固定板下端面；

凹模固定于連接體底端面，即凹模與壓邊圈之間間隙用于夾持試驗樣件；

其中，連接體、凹模、壓邊圈和凸模中心同軸；數(shù)控三維激光頭設(shè)置于凹模上方的連接體內(nèi)部開放空間內(nèi)。

優(yōu)選為，將凸模和凹模均設(shè)計成中空形狀，并讓邊部能夠完全貼合。

測量非線性應(yīng)變路徑下的沖壓成形極限試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：

S1.將金屬板材進行切割，形成能夠在凹模與壓邊圈之間穩(wěn)定夾持的試驗樣件；

S2.將試驗樣件放置于壓邊圈上端面；

S3.通過控制下壓機構(gòu)促使凹模以固定速度下移，下移過程中凹模與凸模將試驗樣件夾緊并使樣件變形，直至達到預變形所需的位移；

S4.保持壓力不變，控制激光切割頭在試驗樣件上沿著預設(shè)的切割形狀進行切割；

S5.繼續(xù)讓凹模以同樣的固定速度下移，直至試驗樣件出現(xiàn)裂口；

S6.取出試驗樣件，并根據(jù)裂口周圍區(qū)域進行主應(yīng)變和次應(yīng)變的測量，最終得到一個非線性應(yīng)變路徑下的成形極限點；

S7.重復S1-S6的步驟，通過改變步驟S4中的切割形狀，形成不同的非線性應(yīng)變路徑，最終可實現(xiàn)初始應(yīng)變路徑相同，次段應(yīng)變路徑不同的非線性應(yīng)變路徑下的成形極限；

S8.重復S1-S7的步驟，通過改變步驟S3中的預變形位移，實現(xiàn)初始應(yīng)變路徑不同，次段應(yīng)變路徑不同的非線性應(yīng)變路徑下的成形極限。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚的說明本發(fā)明的實施例或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

本發(fā)明共7幅附圖,其中：

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所采用的初始金屬板材試驗樣件形狀。

圖3為本發(fā)明所采用的金屬板材試樣切割形狀示意圖。

圖4為本發(fā)明所采用的凹模結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖5為本發(fā)明所采用的凹模三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明所采用的凸模結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖7為本發(fā)明所采用的凸模三維結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1、圖4、圖5、圖6和圖7所示的一種測量非線性應(yīng)變路徑下的沖壓成形極限試驗裝置，包括：上模架1、導套2、導柱3、凹模固定板4、連接體5、凹模6、下模架9、保壓裝置8、壓邊圈7、數(shù)控三維激光頭11和凸模14；

下模架9固定于預設(shè)的裝置基座上，凸模14可拆卸裝配于下模架9中部；

壓邊圈7通過保壓裝置8支撐設(shè)置于凸模14正上方；

上模架1固定于頂部下壓機構(gòu)15上；

上模架1與下模架9之間通過多根導柱3實現(xiàn)垂直導向，即上模架1在導柱3的導向作用下可縱向移動；

導套2裝配于上模架1與導柱3配合位置；

凹模固定板4固定于下模架9下端面；

連接體5為中部開放式的連接架體結(jié)構(gòu)，且固定于凹模固定板4下端面；

凹模6固定于連接體5底端面，即凹模6與壓邊圈7之間間隙用于夾持試驗樣件13；

其中，連接體5、凹模6、壓邊圈7和凸模14中心同軸；數(shù)控三維激光頭11設(shè)置于凹模6上方的連接體5內(nèi)部開放空間內(nèi)。

優(yōu)選為，將凸模和凹模均設(shè)計成中空形狀，并讓邊部能夠完全貼合。

測量非線性應(yīng)變路徑下的沖壓成形極限試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：

S1.將金屬板材進行切割，形成能夠在凹模6與壓邊圈7之間穩(wěn)定夾持的試驗樣件如圖2和圖3所示；

S2.將試驗樣件放置于圖1所示壓邊圈7上端面；

S3.通過控制下壓機構(gòu)促使凹模6以固定速度下移，下移過程中凹模6與凸模14將試驗樣件夾緊并使樣件變形，直至達到預變形所需的位移；

S4.保持壓力不變，控制激光切割頭在試驗樣件上沿著預設(shè)的切割形狀進行切割；

S5.繼續(xù)讓凹模6以同樣的固定速度下移，直至試驗樣件出現(xiàn)裂口；

S6.取出試驗樣件，并根據(jù)裂口周圍區(qū)域進行主應(yīng)變和次應(yīng)變的測量，最終得到一個非線性應(yīng)變路徑下的成形極限點；

S7.重復S1-S6的步驟，通過改變步驟S4中的切割形狀，形成不同的非線性應(yīng)變路徑，最終可實現(xiàn)初始應(yīng)變路徑相同，次段應(yīng)變路徑不同的非線性應(yīng)變路徑下的成形極限；

S8.重復S1-S7的步驟，通過改變步驟S3中的預變形位移，實現(xiàn)初始應(yīng)變路徑不同，次段應(yīng)變路徑不同的非線性應(yīng)變路徑下的成形極限。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。