專利名稱：金屬薄板抗凹性評(píng)估方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為一種金屬薄板抗凹性的評(píng)估方法及裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種金屬薄板的抗凹性評(píng)估裝置，包括裝置主體，包含一固定整個(gè)裝置的門式框架結(jié)構(gòu)、移動(dòng)橫梁、試件托架和試件夾持結(jié)構(gòu)；加載機(jī)構(gòu)，包含一提供靜態(tài)負(fù)荷的加載油缸；測(cè)量控制機(jī)構(gòu)，包含一負(fù)荷傳感器、一位移傳感器；壓頭；移動(dòng)橫梁橫跨并滑設(shè)于門式框架兩側(cè)豎桿，加載油缸置于移動(dòng)橫梁上，壓頭安裝在加載油缸下面，試件托架安置在壓頭下方，其上帶有固定試件用的試件夾持結(jié)構(gòu)，測(cè)量壓頭位移的位移傳感器設(shè)在門式框架一側(cè)的豎桿上，測(cè)量壓頭對(duì)試件負(fù)荷的負(fù)荷傳感器位于壓頭和加載油缸之間。
靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)由壓頭在試件上施加的靜態(tài)負(fù)荷和壓頭因此產(chǎn)生的位移，測(cè)出試件的抗凹性；動(dòng)態(tài)時(shí)由壓頭通過自由落體在試件上施加動(dòng)態(tài)能量和試件因此產(chǎn)生的變形量，測(cè)出試件的抗凹性。
測(cè)量控制結(jié)構(gòu)還包含智能數(shù)據(jù)放大器、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器、伺服閥控制器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)；在負(fù)荷測(cè)量部分，智能數(shù)據(jù)放大器將負(fù)荷傳感器信號(hào)作為前級(jí)模擬信號(hào)放大，計(jì)算機(jī)內(nèi)采用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并用D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)放大器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)換檔，大大提高了精度；位移測(cè)量部分采用位移傳感器測(cè)量壓頭的位移，并將測(cè)量的數(shù)值輸入到計(jì)算機(jī)中；控制部分采用D/A控制器和伺服閥控制器作為低壓信號(hào)輸入，通過可編程邏輯控制器進(jìn)行高壓控制，使系統(tǒng)操作運(yùn)行安全、可靠。
本裝置還包含為固定試件提供壓力的壓邊油缸、靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)，靜態(tài)負(fù)荷由加載油缸提供，壓邊力由壓邊油缸提供，加載的負(fù)荷大小通過負(fù)荷傳感器由計(jì)算機(jī)通過A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)控制，保證裝置安全工作；壓邊力也可以通過一個(gè)壓力傳感器由計(jì)算機(jī)通過A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)控制，以滿足評(píng)估固定試件的需要。
加載機(jī)構(gòu)可采用液壓伺服機(jī)構(gòu)，在液壓伺服機(jī)構(gòu)中，系統(tǒng)壓力可用溢流閥上的旋柄調(diào)節(jié)，由壓力表顯示，壓邊油缸壓力可用減壓閥的旋柄調(diào)節(jié)，以改變壓邊油缸對(duì)試件的夾持壓邊力，使壓邊力滿足加載油缸由電液伺服閥控制加載，接通電源后，伺服閥控制器上的指示燈亮，說明工作正常；加載過程由計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)軟件控制。靜態(tài)評(píng)估試驗(yàn)時(shí)，加載油缸位移行程，即壓頭位移，由位移傳感器測(cè)量，由計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)軟件采集。油泵電機(jī)的關(guān)按扭具有急停和自鎖功能，加大了液壓系統(tǒng)工作的安全性。
在門式框架的兩側(cè)的豎桿上，設(shè)有絲桿，移動(dòng)橫梁由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在絲桿傳動(dòng)下上下移動(dòng)；移動(dòng)橫梁上下移動(dòng)的上下限位置由限位開關(guān)限制。
在裝置主體部分，在門式框架的上、下分別有固定作用的固定橫梁和底座；試件托架上的夾持結(jié)構(gòu)可采用壓板對(duì)試件進(jìn)行固定。
動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)，沖擊能量由壓頭提升高度確定，同時(shí)在壓頭的上方可設(shè)有一電磁鐵，用以控制壓頭的高度，電磁鐵由計(jì)算機(jī)控制；對(duì)在試件上由壓頭引起的凹痕深度的測(cè)量可通過常用的測(cè)量?jī)x器，如千分尺、游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量。
同時(shí)，由于移動(dòng)橫梁上設(shè)有限位開關(guān)，計(jì)算機(jī)對(duì)負(fù)荷的實(shí)時(shí)控制，油泵電機(jī)關(guān)按扭的急停功能，加大了本裝置在運(yùn)行過程中的安全保障。
本發(fā)明主要是對(duì)平板件進(jìn)行抗凹性能評(píng)估，對(duì)于脹形件和模擬件，可對(duì)其進(jìn)行通常的加工，也可用本發(fā)明進(jìn)行抗凹性的評(píng)估。
將試件安置在試件托架上，并用壓板壓緊固定，按材料試驗(yàn)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)評(píng)估裝置的力值及位移值測(cè)量部分進(jìn)行校準(zhǔn)，并在試件上對(duì)試驗(yàn)位置印上標(biāo)志，以區(qū)分不同部位的抗凹性能，用本發(fā)明提供的方法，對(duì)試件進(jìn)行抗凹性能評(píng)估試驗(yàn)。
本發(fā)明的方法，包含靜態(tài)評(píng)估方法和動(dòng)態(tài)評(píng)估方法，靜態(tài)評(píng)估方法包含一次加載抗凹性評(píng)估試驗(yàn)和逐次加載抗凹性評(píng)估試驗(yàn)，其控制參數(shù)為加載油缸對(duì)移動(dòng)橫梁的負(fù)荷量和壓頭的位移；動(dòng)態(tài)評(píng)估方法的控制參數(shù)為壓頭對(duì)試件的沖擊能量和試件的變形量；對(duì)一次加載抗凹性試驗(yàn)，包含下列步驟按要求選擇加載速度和不同直徑的壓頭，將壓頭垂直對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)處，按設(shè)定程序開始施加加載過程；一次性在加載油缸上施加負(fù)荷，在一定的加載速度下，由負(fù)荷傳感器讀取負(fù)荷信號(hào)，由位移傳感器測(cè)量位移，并通過計(jì)算機(jī)處理，得到負(fù)荷-位移曲線，并在此曲線上分階段求取斜率；對(duì)于逐次加載抗凹性評(píng)估試驗(yàn)，包含下列步驟按要求選擇加載速度和不同直徑的壓頭，將壓頭垂直對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)處，按設(shè)定程序開始施加加載過程；在加載油缸上施加一定的預(yù)負(fù)荷P預(yù)，再加到最小負(fù)荷P最小，卸載至預(yù)負(fù)荷，然后在最小負(fù)荷基礎(chǔ)上以負(fù)荷增量步ΔP，在一定的加載速度下，增加負(fù)荷進(jìn)行逐次加載—卸載(每次卸載至預(yù)負(fù)荷)試驗(yàn)，直至完成加載—卸載循環(huán)次數(shù)；計(jì)算機(jī)采集加載—卸載曲線，并獲得凹痕負(fù)荷—凹痕深度數(shù)據(jù)對(duì)，由試驗(yàn)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得一定凹痕深度下的負(fù)荷Pd和一定負(fù)荷下的凹痕深度dp；對(duì)于動(dòng)態(tài)評(píng)估方法，則包含下列步驟測(cè)量試件試驗(yàn)位置處的高度，該值是測(cè)定所有凹陷深度讀值的參考值；將壓頭垂直對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)處，分別采用不同壓頭能量球頭撞擊試件，如可能測(cè)量并記錄壓頭回彈能量，切勿使壓頭再次撞擊試件，并測(cè)量和記錄由不同壓頭能量撞擊后試件上形成的凹陷深度。
在靜態(tài)一次性加載評(píng)估方法中，負(fù)荷-位移曲線上所得的斜率分別為初始剛度即在負(fù)荷～位移曲線的初始階段上最小二乘法求得的曲線斜率；二次剛度即起伏發(fā)生后，負(fù)荷～位移曲線上第二階段以最小二乘法求得的斜率；最終剛度負(fù)荷～位移曲線上最大負(fù)荷到達(dá)之前最后那部分的曲線斜率；剛度越大，則金屬薄板的抗凹性能越好。
在靜態(tài)逐次加載評(píng)估方法中，負(fù)荷P下的凹痕深度dp為負(fù)荷P+ΔP循環(huán)中負(fù)荷施加至P時(shí)試件的撓度減去初始P預(yù)的撓度；塑性凹陷深度是在逐次加載試驗(yàn)中，負(fù)荷P+ΔP循環(huán)中負(fù)荷施加至P預(yù)撓度減去初始P預(yù)撓度；臨界凹陷負(fù)荷為在逐次加載試驗(yàn)中，對(duì)所有加載循環(huán)段，列出負(fù)荷值及凹陷深度結(jié)果。根據(jù)預(yù)測(cè)的由板材厚度決定的首次可見塑性凹陷深度的數(shù)值，采用第一個(gè)大于首次可見凹陷深度的負(fù)荷、凹陷深度數(shù)據(jù)，以及最后一個(gè)小于首次可見凹陷深度的最大負(fù)荷、凹陷深度數(shù)據(jù)對(duì)，對(duì)最大負(fù)荷、凹陷深度進(jìn)行回歸處理，提供P～d圖(凹痕負(fù)荷～凹痕深度圖)。
從P～d圖中，可看出，在一定負(fù)荷狀態(tài)P下的試件的凹陷深度d，d越小，則金屬薄板的抗凹性能越好；也可看出在一定凹陷深度下的P，P越大，則抗凹性能越好。
在靜態(tài)評(píng)估試驗(yàn)中，系統(tǒng)必須足夠堅(jiān)固，其剛性應(yīng)當(dāng)滿足在靜載荷200N下，發(fā)生的撓曲變形小于等于0.01mm；壓頭可為直徑10～20mm的半球狀鋼球，硬度HRC55，平均表面粗糙度Ra為0.254um；加載和卸載過程速度建議為2～10mm/min；負(fù)荷傳感器的分辨率應(yīng)達(dá)到或優(yōu)于1N或示值的0.01％；位移傳感器的分辨率應(yīng)達(dá)到或優(yōu)于0.005mm；壓邊力的選擇可通過壓力傳感器測(cè)量壓力油缸對(duì)試件的壓邊力，并通過計(jì)算機(jī)顯示控制，還可通過減壓閥的旋柄調(diào)節(jié)壓邊力的大小。
在動(dòng)態(tài)評(píng)估試驗(yàn)中，壓頭能量建議為逐步增加，分別測(cè)試，給定程序內(nèi)沖擊能量應(yīng)包括用戶需要的最高能量和最低能量等級(jí)在內(nèi)。選用的最低沖擊能量應(yīng)當(dāng)是能產(chǎn)生一個(gè)能夠測(cè)量到的凹陷的能量值；如果只要得到經(jīng)一次撞擊后的凹陷深度，只需進(jìn)行一次碰撞試驗(yàn)；試驗(yàn)結(jié)果并不反映試件上涂漆與否以及涂漆層的厚度影響。
能測(cè)量到的試件性能特征僅是凹陷深度和撞擊能量，假如可以同時(shí)測(cè)量壓頭的回彈高度，那么將這部分能量計(jì)算進(jìn)入。
在一定能量撞擊下，在試件上形成的凹陷深度越小，則說明金屬薄板的抗凹性能越好；在一定的凹陷深度下，如撞擊的能量越大，則抗凹性能越好。
動(dòng)態(tài)評(píng)估試驗(yàn)中，系統(tǒng)必須足夠堅(jiān)固，其剛性應(yīng)當(dāng)滿足在靜載荷200N下，發(fā)生的撓曲變形小于等于0.01mm；壓子可為直徑10～20mm的半球狀鋼球，硬度HRC55，平均表面粗糙度Ra為0.254um；壓頭的撞擊路徑應(yīng)為首次撞擊試件時(shí)接觸點(diǎn)的法線方向，角度偏差在2.5度之內(nèi)，并且保證試驗(yàn)過程中撞擊路徑偏移或滑動(dòng)的范圍在2.5度之內(nèi)。
本發(fā)明給出了抗凹性評(píng)估的具體方法和裝置，提供了評(píng)定金屬薄板抗凹性的量化指標(biāo)，為判斷金屬薄板的抗凹能力，合理化的選材提供了依據(jù)，滿足不同的板材使用需求。
圖7為靜態(tài)抗凹評(píng)估中，逐次加載抗凹性評(píng)估試驗(yàn)的負(fù)荷-深度曲線圖附圖
標(biāo)號(hào)說明1、固定橫梁2、加載油缸3、絲桿4、移動(dòng)橫梁5、負(fù)荷傳感器 6、壓頭7、試件8、壓板9、試件托架10、壓邊油缸11、底座 12、光柵位移傳感器13、油泵電機(jī) 14、油泵15、濾油器 16、壓力表17、壓力傳感器 18、換向閥19、減壓閥 20、限位開關(guān)21、伺服閥 22、溢流閥23、換向閥 24、油箱如圖3所示，在測(cè)量控制機(jī)構(gòu)部分，還包含智能數(shù)據(jù)放大器；12位D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器；伺服閥控制器；12位A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器；計(jì)算機(jī)。
在負(fù)荷測(cè)量部分，智能數(shù)據(jù)放大器將負(fù)荷傳感器5的信號(hào)作為前級(jí)模擬信號(hào)放大，計(jì)算機(jī)內(nèi)采用12位A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并用12位D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)放大器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)換檔，大大提高了精度；位移測(cè)量部分采用高精度光柵位移傳感器12，靜態(tài)評(píng)估試驗(yàn)時(shí)，其測(cè)量壓頭6的位移，并將測(cè)量的數(shù)值通過RS232接口電路輸入到計(jì)算機(jī)中；控制部分采用12位D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器和伺服閥控制器作為低壓信號(hào)輸入，通過可編程邏輯控制器進(jìn)行高壓控制，使系統(tǒng)操作運(yùn)行安全、可靠。
也可以通過一個(gè)壓力傳感器17測(cè)量壓邊力并通過計(jì)算機(jī)A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)控制。
如圖4所示，液壓伺服機(jī)構(gòu)中還包含壓邊油缸10，壓邊油缸10為固定試件7提供壓力。靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)，靜態(tài)負(fù)荷由加載油缸2提供，壓邊力由壓邊油缸10提供，加載的負(fù)荷大小通過負(fù)荷傳感器5由計(jì)算機(jī)通過A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)控制，保證裝置安全工作；壓邊力也可以通過一個(gè)壓力傳感器17由計(jì)算機(jī)通過A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)控制，以滿足評(píng)估固定試件7的需要。
在液壓伺服機(jī)構(gòu)中，系統(tǒng)壓力可用溢流閥22上的旋柄調(diào)節(jié)，由壓力表16顯示，壓邊油缸壓力可用減壓閥19的旋柄調(diào)節(jié)，以改變壓邊油缸10對(duì)試件7的夾持壓邊力，加載油缸2由電液伺服閥21控制加載，伺服閥控制器由220V電源供電，接通電源后，伺服閥控制器上的±15V指示燈亮，說明工作正常；加載過程由計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)軟件控制。加載油缸2的位移行程，即壓頭6的位移，由光柵位移傳感器12測(cè)量，由計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)軟件采集。
在門式框架兩側(cè)的豎桿上，設(shè)有傳動(dòng)移動(dòng)橫梁4移動(dòng)的絲桿3，移動(dòng)橫梁4由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其上下移動(dòng)的上下限位置由限位開關(guān)20限制；油泵電機(jī)13的關(guān)按扭同時(shí)兼有系統(tǒng)急停功能和自鎖功能，重新啟動(dòng)前應(yīng)再按一次關(guān)按扭，使其彈起，以解除自鎖。
動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)，沖擊能量由壓頭6提升高度確定，計(jì)算機(jī)通過接口電路控制電機(jī)，從而控制壓頭6的提升高度，同時(shí)在壓頭的上方可設(shè)有一電磁鐵，用以固定壓頭的高度，電磁鐵由計(jì)算機(jī)通過接口電路中的繼電器來控制；對(duì)在試件7上由壓頭6引起的凹痕深度的測(cè)量可通過常用的測(cè)量?jī)x器，如千分尺、游標(biāo)卡尺即可進(jìn)行測(cè)量。
同時(shí)，由于移動(dòng)橫梁4上設(shè)有限位開關(guān)20；關(guān)按扭的急停功能及計(jì)算機(jī)對(duì)負(fù)荷的實(shí)時(shí)控制，加大了本裝置在運(yùn)行過程中的安全保障。
本發(fā)明主要是對(duì)平板件進(jìn)行抗凹性能評(píng)估，對(duì)于脹形件和模擬件，可對(duì)其進(jìn)行通常的加工，也可用本發(fā)明進(jìn)行抗凹性的評(píng)估。
將試件7安置在試件托架9上，并用壓板8壓緊固定，按材料試驗(yàn)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)評(píng)估裝置的力值及位移值測(cè)量部分進(jìn)行校準(zhǔn)，在試件7上對(duì)試驗(yàn)位置印上標(biāo)志，以區(qū)分不同部位的抗凹性能；用本發(fā)明提供的方法，進(jìn)行金屬薄板的抗凹性評(píng)估。
本發(fā)明的方法，包含靜態(tài)評(píng)估方法和動(dòng)態(tài)評(píng)估方法，靜態(tài)評(píng)估方法包含一次加載抗凹性評(píng)估方法和逐次加載抗凹性評(píng)估方法，其控制參數(shù)為加載油缸2對(duì)移動(dòng)橫梁4施加的負(fù)荷量和壓頭6的位移；動(dòng)態(tài)評(píng)估方法的控制參數(shù)為壓頭6對(duì)試件7的沖擊能量和試件7的變形量；一次加載抗凹性評(píng)估方法含下列步驟按要求選擇壓邊力，加載速度和壓頭，將壓頭6垂直對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)處，開始對(duì)施加加載過程；壓頭可為直徑10～20mm的半球狀鋼球，硬度HRC55，平均表面粗糙度Ra為0.254um；加載速度可為5mm/min。
一次性加載油缸2上施加負(fù)荷，在加載速度為5mm/min時(shí)，由負(fù)荷傳感器5讀取負(fù)荷信號(hào)，由光柵位移傳感器12讀取位移信號(hào)，并通過計(jì)算機(jī)處理并記錄，得到負(fù)荷-位移曲線，如圖5所示，并在此曲線上分階段求取斜率，所得的斜率分別為初始剛度K1即在負(fù)荷～位移曲線的初始階段，為負(fù)荷在10N～20N時(shí)以最小二乘法求得的曲線斜率；二次剛度K2即起伏發(fā)生后，負(fù)荷～位移曲線上第二階段以最小二乘法求得的的斜率；最終剛度K3負(fù)荷～位移曲線上最大負(fù)荷到達(dá)之前最后那部分的曲線斜率。
剛度越大，則抗凹性越好。
對(duì)于逐次加載抗凹性評(píng)估方法包含下列步驟按要求選擇壓邊力，加載速度和壓頭，將壓頭6垂直對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)處，開始對(duì)施加加載過程；在加載油缸2上施加一定的預(yù)負(fù)荷P預(yù)10N，再加到最小負(fù)荷P最小，如50N，卸載至預(yù)負(fù)荷10N，然后在最小負(fù)荷50N的基礎(chǔ)上以負(fù)荷增量步ΔP，如50N，在一定的加載速度下，增加負(fù)荷至100N，再卸載至10N，再以一定的加載速度加載至100N+50N＝150N，再卸載至10N......，如此進(jìn)行逐次加載—卸載(每次卸載至預(yù)負(fù)荷)試驗(yàn)，直至完成預(yù)定的加載—卸載循環(huán)次數(shù)如4次；由負(fù)荷傳感器和計(jì)算機(jī)測(cè)量負(fù)荷，由位移傳感器測(cè)量壓頭位移，得到加載—卸載曲線，如圖6所示，并得到在50N時(shí)產(chǎn)生的凹陷深度A，150N循環(huán)時(shí)產(chǎn)生的凹陷深度B，200N循環(huán)時(shí)產(chǎn)生的總凹陷深度C；計(jì)算機(jī)采集加載—卸載曲線，并獲得凹痕負(fù)荷—凹痕深度數(shù)據(jù)對(duì)，由試驗(yàn)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得一定凹痕深度下的負(fù)荷Pd和一定負(fù)荷下的凹痕深度dp，如圖7所示；負(fù)荷P下的凹痕深度dp為負(fù)荷P+ΔP循環(huán)中負(fù)荷施加至P時(shí)的撓度減去初始P預(yù)的撓度，負(fù)荷施加至P時(shí)的撓度為光柵位移傳感器12在P時(shí)讀取的并經(jīng)計(jì)算機(jī)處理的壓頭6的位移，初始P預(yù)的撓度為光柵位移傳感器12讀取的在P預(yù)的壓頭6的位移。
塑性凹陷深度是在逐次加載試驗(yàn)中，負(fù)荷P+ΔP循環(huán)中負(fù)荷施加至P預(yù)時(shí)的撓度減去初始P預(yù)撓度。
臨界凹陷負(fù)荷為在逐次加載試驗(yàn)中，對(duì)所有加載循環(huán)段，列出負(fù)荷值及凹陷深度結(jié)果。根據(jù)預(yù)測(cè)的由板材厚度決定的首次可見塑性凹陷深度的數(shù)值(一般為0.1mm)。采用第一個(gè)大于首次可見凹陷深度的負(fù)荷、凹陷深度數(shù)據(jù)，以及最后一個(gè)小于首次可見凹陷深度的最大負(fù)荷、凹陷深度數(shù)據(jù)對(duì)，對(duì)最大負(fù)荷、凹陷深度進(jìn)行回歸處理，提供P～d圖(凹痕負(fù)荷～凹痕深度圖)。
從P～d圖中，可看出，在一定負(fù)荷狀態(tài)P下的試件的凹陷深度d，d越小，則金屬薄板的抗凹性能越好；也可看出在一定凹陷深度下的P，P越大，則抗凹性能越好。
在試驗(yàn)中，系統(tǒng)必須足夠堅(jiān)固，其剛性應(yīng)當(dāng)滿足在靜載荷200N下，發(fā)生的撓曲變形小于等于0.01mm；負(fù)荷傳感器的分辨率應(yīng)達(dá)到或優(yōu)于1N或示值的0.01％；光柵位移傳感器的分辨率應(yīng)達(dá)到或優(yōu)于0.005mm。
本發(fā)明所涉及的動(dòng)態(tài)評(píng)估方法至少包含下列步驟測(cè)量試件7試驗(yàn)位置處的高度，該值是測(cè)定所有凹陷深度讀值的參考值；將試件托架9上的試件7放準(zhǔn)位置，使試驗(yàn)位置處的試件表面垂直于壓頭6的撞擊路徑；采用壓頭能量0.2J的一個(gè)球頭來撞擊試件，如可能測(cè)量并記錄壓頭6回彈能量，切勿使壓頭再次撞擊試件7，測(cè)量并記錄由0.2J能量撞擊后形成的凹陷深度；采用壓頭能量0.3J的一個(gè)球頭來撞擊試件，如可能測(cè)量并記錄壓頭6回彈能量，切勿使壓頭6再次撞擊試件7，測(cè)量并記錄由0.3J能量撞擊后形成的凹陷深度；采用壓頭能量0.4J的一個(gè)球頭來撞擊試件7，如可能測(cè)量并記錄壓頭6回彈能量，切勿使壓頭6再次撞擊試件7，測(cè)量并記錄由0.4J能量撞擊后形成的凹陷深度；采用壓頭能量0.5J的一個(gè)球頭來撞擊試件7，如可能測(cè)量并記錄壓頭6回彈能量，切勿使壓頭6再次撞擊試件7，測(cè)量并記錄由0.5J能量撞擊后形成的凹陷深度。
列出的壓子程序(0.2，0.3，0.4，0.5J)僅是一種建議，給定程序內(nèi)沖擊能量應(yīng)包括用戶需要的最高能量和最低能量等級(jí)在內(nèi)。選用的最低沖擊能量應(yīng)當(dāng)是能產(chǎn)生一個(gè)能夠測(cè)量到的凹陷的能量值，試驗(yàn)結(jié)果一般采用0.2J-0.3J；如果只要得到經(jīng)一次撞擊后的凹陷深度，只需進(jìn)行一次碰撞試驗(yàn)；試驗(yàn)結(jié)果并不反映試件上涂漆與否以及涂漆層的厚度影響。
能測(cè)量到的試件性能特征僅是凹陷深度和撞擊能量，假如可以同時(shí)測(cè)量壓頭的回彈高度，那么將這部分能量計(jì)算進(jìn)入。
動(dòng)態(tài)評(píng)估試驗(yàn)中，系統(tǒng)必須足夠堅(jiān)固，其剛性應(yīng)當(dāng)滿足在靜載荷200N下，發(fā)生的撓曲變形小于等于0.01mm；試驗(yàn)設(shè)備能測(cè)量并記錄沖擊能量和最后的凹陷深度，壓頭的撞擊路徑應(yīng)為首次撞擊試件時(shí)接觸點(diǎn)的法線方向，角度偏差在2.5度之內(nèi)，并且保證試驗(yàn)過程中撞擊路徑偏移或滑動(dòng)的范圍在2.5度之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種金屬薄板的抗凹性評(píng)估裝置，其特征是，包括裝置主體，包含一固定整個(gè)裝置的門式框架結(jié)構(gòu)、移動(dòng)橫梁、試件托架和試件夾持結(jié)構(gòu)；加載機(jī)構(gòu)，包含一提供靜態(tài)負(fù)荷的加載油缸；測(cè)量控制機(jī)構(gòu)，包含一負(fù)荷傳感器、一位移傳感器；壓頭；移動(dòng)橫梁橫跨并滑設(shè)于門式框架兩側(cè)豎桿，加載油缸置于移動(dòng)橫梁上，壓頭安裝在加載油缸下面，試件托架安置在壓頭下方，其上帶有固定試件用的試件夾持結(jié)構(gòu)，測(cè)量壓頭位移的位移傳感器設(shè)在門式框架一側(cè)的豎桿上，測(cè)量壓頭對(duì)試件負(fù)荷的負(fù)荷傳感器位于壓頭和加載油缸之間。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬薄板的抗凹性評(píng)估裝置，其特征是，所述的測(cè)量控制結(jié)構(gòu)還包含智能數(shù)據(jù)放大器、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器、伺服閥控制器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)；負(fù)荷傳感器的信號(hào)經(jīng)智能數(shù)據(jù)放大器放大，并通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，輸入計(jì)算機(jī)中；壓頭位移由位移傳感器測(cè)量并輸入到計(jì)算機(jī)中；智能數(shù)據(jù)放大器在計(jì)算機(jī)控制下可自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)換檔；計(jì)算機(jī)采用D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器和伺服閥控制器作為低壓信號(hào)輸入，進(jìn)行高壓控制。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬薄板的抗凹性評(píng)估裝置，其特征是，還包含一為固定試件提供壓力的壓邊油缸，位于試件托架的下方；在壓力油缸側(cè)，還有一測(cè)量壓邊油缸壓力并能將壓力輸入計(jì)算機(jī)的壓力傳感器和調(diào)節(jié)壓邊油缸對(duì)試件夾持的壓邊力的減壓閥。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬薄板的抗凹性評(píng)估裝置，其特征是在所述的門式框架的兩側(cè)的豎桿上，可設(shè)有能傳動(dòng)移動(dòng)橫梁的絲桿。
5.如權(quán)利要求1所述的金屬薄板的抗凹性評(píng)估裝置，其特征是，還包含一驅(qū)動(dòng)所述的移動(dòng)橫梁移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。
6.如權(quán)利要求1所述金屬薄板的抗凹性評(píng)估裝置，其特征是，所述的移動(dòng)橫梁上設(shè)限位開關(guān)。
7.如權(quán)利要求1所述的金屬薄板的抗凹性評(píng)估裝置，其特征是，在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中壓頭上方設(shè)有一控制壓頭的高度并由計(jì)算機(jī)控制的電磁鐵。
8.如權(quán)利要求1所述的金屬薄板的抗凹性評(píng)估裝置，其特征是，所述的試件夾持結(jié)構(gòu)為設(shè)在試件托架上的壓板。
9.一種金屬薄板抗凹性評(píng)估方法，其特征是，包含靜態(tài)抗凹性評(píng)估方法和動(dòng)態(tài)抗凹性評(píng)估方法，靜態(tài)抗凹性評(píng)估方法包含一次加載抗凹性評(píng)估和逐次加載抗凹性評(píng)估，所述的一次加載抗凹性評(píng)估方法，包含下列步驟按要求選擇壓邊力、加載速度和不同直徑的壓頭，將壓頭垂直對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)處，開始施加加載過程；一次性在加載油缸上施加負(fù)荷，在一定的加載速度下，由負(fù)荷傳感器讀取負(fù)荷信號(hào)，由位移傳感器讀取位移信號(hào)，并通過計(jì)算機(jī)處理并顯示，得到負(fù)荷-位移曲線，并在此曲線上分階段求取斜率；所述的逐次加載抗凹性評(píng)估方法，包含下列步驟按要求選擇壓邊力、加載速度和不同直徑的壓頭，將壓頭垂直對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)處，開始施加加載過程；在加載油缸上施加一定的預(yù)負(fù)荷，再加到最小負(fù)荷，卸載至預(yù)負(fù)荷，然后在最小負(fù)荷基礎(chǔ)上以負(fù)荷增量，在一定的加載速度下，增加負(fù)荷進(jìn)行逐次加載—卸載試驗(yàn)，并且每次以一定的卸載速度，卸載至預(yù)負(fù)荷，直至完成加載—卸載循環(huán)次數(shù)；由負(fù)荷傳感器和計(jì)算機(jī)測(cè)量負(fù)荷，由位移傳感器測(cè)量壓頭位移，由計(jì)算機(jī)記錄并顯示，得到加載—卸載曲線，并得到在一定負(fù)荷循環(huán)下產(chǎn)生的凹陷深度；計(jì)算機(jī)采集加載—卸載曲線，并獲得凹痕負(fù)荷—凹痕深度數(shù)據(jù)對(duì)，即獲得一定凹痕深度下的負(fù)荷Pd和一定負(fù)荷下的凹痕深度dp；所述的動(dòng)態(tài)抗凹性評(píng)估方法包含下列步驟測(cè)量試件試驗(yàn)位置處的高度，該值是測(cè)定所有凹陷深度讀值的參考值；分別采用不同壓頭能量球頭撞擊試件，并且壓頭垂直對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)處，如可能測(cè)量并記錄壓頭回彈能量，切勿使壓頭再次撞擊試件，并測(cè)量和記錄由不同壓頭能量撞擊后形成的凹陷深度。
10.如權(quán)利要求9所述的金屬薄板抗凹性的評(píng)估方法，其特征是，在所述的靜態(tài)逐次加載抗凹性評(píng)估方法中，負(fù)荷P下的凹痕深度dp為加載-卸載循環(huán)中負(fù)荷加至P時(shí)的撓度減去初始預(yù)負(fù)荷的撓度，負(fù)荷加至P時(shí)的撓度為位移傳感器在負(fù)荷為P時(shí)讀取的壓頭的位移，初始預(yù)負(fù)荷的撓度為位移傳感器讀取的在初始預(yù)負(fù)荷的壓頭位移。
11.如權(quán)利要求9所述的金屬薄板抗凹性的評(píng)估方法，其特征是，在所述的動(dòng)態(tài)評(píng)估方法中，所述的壓頭能量為逐步增加，分別測(cè)試，給定程序內(nèi)沖擊能量應(yīng)包括用戶需要的最高能量和最低能量等級(jí)在內(nèi)；選用的最低沖擊能量應(yīng)當(dāng)是能產(chǎn)生一個(gè)能夠測(cè)量到的凹陷的能量值；如果只要得到經(jīng)一次撞擊后的凹陷深度，只需進(jìn)行一次碰撞試驗(yàn)。
12.如權(quán)利要求9所述的金屬薄板抗凹性的評(píng)估方法，其特征是，在所述的靜態(tài)評(píng)估方法中，所述的加載、卸載加速度為2～10mm/min。
13.如權(quán)利要求9所述的金屬薄板抗凹性的評(píng)估方法，其特征是，所述的壓頭為直徑10～20mm的半球狀鋼球，硬度HRC55，平均表面粗糙度Ra為0.254um。
14.如權(quán)利要求9所述的金屬薄板抗凹性的評(píng)估方法，其特征是，所述的位移傳感器的分辨率應(yīng)達(dá)到或優(yōu)于0.005mm。
15.如權(quán)利要求9所述的金屬薄板抗凹性的評(píng)估方法，其特征是，所述的負(fù)荷傳感器的分辨率應(yīng)達(dá)到或優(yōu)于1N或是計(jì)算機(jī)顯示值的0.01％。
16.如權(quán)利要求9所述的金屬薄板抗凹性的評(píng)估方法，其特征是，在所述的動(dòng)態(tài)抗凹性評(píng)估方法中，將壓頭垂直對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)處是指壓頭的撞擊路徑應(yīng)為壓頭首次接觸試件的接觸點(diǎn)的法線方向，角度偏差在2.5度以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬薄板的抗凹性評(píng)估方法和裝置，裝置包括裝置主體，包含一固定整個(gè)裝置的門式框架結(jié)構(gòu)、移動(dòng)橫梁、試件托架和試件夾持結(jié)構(gòu)；加載機(jī)構(gòu)，包含一提供靜態(tài)負(fù)荷的加載油缸；測(cè)量控制機(jī)構(gòu)，包含一負(fù)荷傳感器、一位移傳感器；壓頭；移動(dòng)橫梁橫跨并滑設(shè)于門式框架兩側(cè)豎桿，加載油缸置于移動(dòng)橫梁上，壓頭安裝在移動(dòng)橫梁下面并隨移動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)，試件設(shè)置于壓頭下方，位移傳感器設(shè)在試件一側(cè)的豎桿上，負(fù)荷傳感器位于壓頭和移動(dòng)橫梁之間。方法包含靜態(tài)評(píng)估和動(dòng)態(tài)評(píng)估，靜態(tài)時(shí)由壓頭在試件上施加的靜態(tài)負(fù)荷和壓頭因此產(chǎn)生的位移，動(dòng)態(tài)時(shí)由壓頭通過自由落體在試件上施加動(dòng)態(tài)能量和試件因此產(chǎn)生的變形量，分別測(cè)出試件的抗凹性。
文檔編號(hào)G01N3/30GK1430053SQ0114571
公開日2003年7月16日 申請(qǐng)日期2001年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月30日
發(fā)明者汪承璞, 李東升, 吳華, 周賢賓, 俞寧峰, 呂曉東, 常和生 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司, 北京航空航天大學(xué)