專利名稱：復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)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(fù)合應(yīng)變路徑下的成形極限測試和研究。
背景技術(shù)：
成形極限是金屬薄板成形領(lǐng)域中重要的性能指標(biāo)和工藝參數(shù)，反映金屬薄板在塑性失穩(wěn)前所能取得的最大變形程度。為確定金屬薄板拉伸失穩(wěn)的成形極限，人們從理論和實(shí)驗(yàn)等方面提出了許多研究與評價(jià)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(qū)分，成形極限的大小同金屬薄板在變形過程中的應(yīng)變路徑密切相關(guān)，在不同應(yīng)變路徑下得到的金屬薄板成形極限相差很大?，F(xiàn)有的成形極限曲線(FLC)是金屬薄板在不同線性應(yīng)變路徑下一系列成形極限應(yīng)變數(shù)據(jù)點(diǎn)在應(yīng)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(guī)定。采用預(yù)應(yīng)變的方法進(jìn)行的復(fù)合應(yīng)變路徑的成形極限測試，由于預(yù)應(yīng)變的難度和應(yīng)變測量的不連續(xù)，這會(huì)造成檢測的成形極限不是很準(zhǔn)確，不利于對成形性能好壞的研究。公告號(hào)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(yàn)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(yàn)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(hào)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(fù)合應(yīng)變路徑測試的需要。因此我們需要一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，能同時(shí)完成不同裝置下才能完成的復(fù)合應(yīng)變路徑測量的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能實(shí)現(xiàn)金屬薄板材料在脹形+拉延的復(fù)合應(yīng)變路徑下的成形極限測試和研究。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的腹板的兩側(cè)；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(nèi)腔設(shè)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(gè)凸塊和一個(gè)凹槽，兩個(gè)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(nèi)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(gè)長通孔；所述的長通孔可以用于應(yīng)變測量系統(tǒng)的拍攝；凹模、壓邊模和模座通過導(dǎo)桿依次串聯(lián)連接。按上述方案，分離模的頂端與凹模內(nèi)腔的頂面之間設(shè)有墊塊，墊塊上設(shè)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(shè)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(shè)置有墊圈。復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)裝置的運(yùn)動(dòng)分為三個(gè)階段(1)壓邊頂桿推動(dòng)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(jìn)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(dá)到設(shè)定值時(shí)，沖頭頂桿繼續(xù)推動(dòng)分裂式球形沖頭的頂升沖頭，使頂升沖頭與分離模發(fā)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(xù)使金屬薄板試樣發(fā)生拉延變形直至破裂。由于試樣形狀的改變導(dǎo)致約束條件的變化，其頂部材料的流動(dòng)方式從脹形變形過渡到拉延變形，從而達(dá)到在一次試驗(yàn)過程中獲得脹形變形+拉延變形的復(fù)合應(yīng)變路徑的試驗(yàn)效果。一種使用復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)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(nèi)腔內(nèi)，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(shè)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(shè)置墊圈；將帶網(wǎng)格的金屬薄板試樣置于壓邊圈和凹模之間，再將導(dǎo)桿依次穿過凹模、壓邊圈和模座；將與應(yīng)變測量系統(tǒng)相連的攝像頭置于凹模通孔上方。(2)推動(dòng)壓邊頂桿，使壓邊圈和凹模將金屬薄板試樣壓緊。(3)推動(dòng)沖頭頂桿，使頂升沖頭往上頂金屬薄板試樣進(jìn)行脹形變形；繼續(xù)往上推沖頭頂桿，使頂升沖頭與分離模產(chǎn)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(shí)金屬薄板試樣發(fā)生拉延變形。原理針對薄板成形試驗(yàn)中復(fù)合應(yīng)變路徑對成形極限影響研究的需要，設(shè)計(jì)了一種脹形變形+拉延變形的復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)裝置，配合相應(yīng)的成形試驗(yàn)機(jī)和在線應(yīng)變測量系統(tǒng)，該裝置能夠在一次試驗(yàn)中完成不同預(yù)應(yīng)變大小的脹形變形到拉延破裂的成形極限測量。本發(fā)明的有益效果在于1、結(jié)構(gòu)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(fù)合應(yīng)變路徑下的成形極限測量問題，為金屬薄板在復(fù)雜應(yīng)變路徑下成形極限的檢測創(chuàng)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(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)裝置將金屬薄板試樣壓緊時(shí)的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是采用復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)裝置將金屬薄板試樣進(jìn)行脹形變形時(shí)從前往后看的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是采用復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)裝置將金屬薄板試樣進(jìn)行脹形變形時(shí)從左往右看的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是采用復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)裝置將金屬薄板試樣剪切、拉延變形時(shí)的剖視結(jié)構(gòu)示意圖O
圖5是分裂式球形沖頭的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是分裂式球形沖頭的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是分裂式球形沖頭的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是分離模的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是分離模的豎剖結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10是分離模的橫剖結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11是模座仰視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12是模座豎剖結(jié)構(gòu)示意圖。
圖13是模座橫剖結(jié)構(gòu)示意圖。
圖14是壓邊圈的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖15是壓邊圈的豎剖結(jié)構(gòu)示意圖。
圖16是壓邊圈的橫剖結(jié)構(gòu)示意圖。
圖17是墊塊的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖18是墊塊的豎剖結(jié)構(gòu)示意圖。
圖19是墊塊的橫剖結(jié)構(gòu)示意圖。
圖20是凹模的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖21是凹模的豎剖結(jié)構(gòu)示意圖。
圖22是凹模的橫剖結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施例。參見圖1至圖22，一種復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)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(yàn)時(shí)，分裂球形沖頭3的脹形動(dòng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的腹板3a的兩側(cè)；所述的沖頭頂桿7的下端設(shè)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(yàn)時(shí)，沖頭頂桿7用于推動(dòng)分裂球形沖頭3的頂升沖頭執(zhí)行金屬薄板試樣12的剪切和拉延變形。所述的凹模1的內(nèi)腔1-2內(nèi)依次設(shè)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(gè)長通孔，長通孔用于應(yīng)變測量系統(tǒng)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(yīng)變測量系統(tǒng)，應(yīng)變測量系統(tǒng)對金屬薄板試樣12頂部的變形情況進(jìn)行跟蹤測量。所述的分離模11包括有兩個(gè)凸塊11-1和一個(gè)凹槽11-2，兩個(gè)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(dòng)作由四根壓邊頂桿8推動(dòng)完成，在分裂式球形沖頭3和壓邊圈4之間設(shè)置墊圈5，墊圈5的高度可根據(jù)脹形的高度來調(diào)整。凹模1、壓邊圈4、模座6通過導(dǎo)桿2依次串聯(lián)連接，且導(dǎo)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(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)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(nèi)腔1-2內(nèi)，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(shè)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(shè)置墊圈5 ；將帶網(wǎng)格的金屬薄板試樣12置于壓邊圈4和凹模1之間，再將導(dǎo)桿2依次穿過凹模1、壓邊圈4和模座6 ；將與應(yīng)變測量系統(tǒng)相連的攝像頭置于凹模1上的孔1-1中。(2)參見圖1，推動(dòng)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(dòng)沖頭頂桿7，使頂升沖頭往上頂金屬薄板試樣12進(jìn)行脹形變形；繼續(xù)往上推沖頭頂桿7，使頂升沖頭與分離模11產(chǎn)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(shí)金屬薄板試樣12發(fā)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(wǎng)格(圓、方網(wǎng)格或散斑)，將金屬薄板試樣沖壓直至破裂，試驗(yàn)中用網(wǎng)格自動(dòng)應(yīng)變測試分析系統(tǒng)(ARAMIQ對變形的網(wǎng)格進(jìn)行記錄，分析后得到材料的極限應(yīng)變，將測得的一系列極限應(yīng)變數(shù)據(jù)點(diǎn)連接得到材料相應(yīng)應(yīng)變路徑下的 FLC。本發(fā)明可以有效解決脹形+拉延這種組合應(yīng)變路徑下材料成形極限的檢測難題， 通過一次連續(xù)的試驗(yàn)方便地完成不同預(yù)應(yīng)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(wǎng)格的圓形試樣一壓邊一在線應(yīng)變測量一脹形變形一(試樣結(jié)構(gòu)的變化)一拉延變形一試樣破裂。本發(fā)明對于形狀復(fù)雜或多工序條件下零件的CAE模擬具有實(shí)際應(yīng)用意義。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改，等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的腹板的兩側(cè)；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(nèi)腔設(shè)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(gè)凸塊和一個(gè)凹槽，兩個(gè)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(nèi)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(gè)長通孔；凹模、壓邊模和模座通過導(dǎo)桿依次串聯(lián)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)裝置，其特征在于分離模的頂端與凹模內(nèi)腔的頂面之間設(shè)有墊塊，墊塊上設(shè)有通孔，通孔與分離模上的通孔同軸。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的沖頭頂桿的下端設(shè)有呈十字的限位橫桿。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)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(quán)利要求4所述的復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)裝置，其特征在于壓邊圈和分裂式球形沖頭之間設(shè)置有墊圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合應(yīng)變路徑成形試驗(yàn)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(cè)；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(nèi)腔設(shè)置有分離模，分離模與分裂式球形沖頭相適配。本發(fā)明的有益效果在于1、結(jié)構(gòu)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(fù)合應(yīng)變路徑下的成形極限測量問題，為金屬薄板在復(fù)雜應(yīng)變路徑下成形極限的檢測創(chuàng)造了條件，有利于金屬薄板材料成形性能的研究。
文檔編號(hào)G01N3/28GK102353598SQ20111019452
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)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(tuán))公司