本發(fā)明涉及一種不銹鋼極限拉深比測(cè)試方法及其對(duì)中裝置。

背景技術(shù)：

拉深試驗(yàn)系將圓片試樣壓置于凹模與壓邊圈之間，通過(guò)凸模對(duì)其進(jìn)行拉深成形，以測(cè)定拉深杯體底部圓角附近的壁部不產(chǎn)生破裂時(shí)允許使用的最大試樣直徑(D₀)_max，試驗(yàn)結(jié)束后，用測(cè)得的最大試樣直徑(D₀)_max除以凸模直徑d_p計(jì)算極限拉深比LDR。

拉深試驗(yàn)按試驗(yàn)方法的不同分為拉深試驗(yàn)（SWIFT試驗(yàn)）和拉深載荷試驗(yàn)（Englehard或TZP試驗(yàn)），試驗(yàn)結(jié)果分別用LDR與LDR(T)表示。

拉深試驗(yàn)(SWIFT)系采用不同直徑的試樣，按照1.25mm級(jí)差逐級(jí)增大直徑的操作程序進(jìn)行拉深沖壓試驗(yàn)，直至按照一定規(guī)則找到杯體底部破裂時(shí)的直徑(D₀)_max，進(jìn)而計(jì)算LDR值。

SWIFT試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比較準(zhǔn)確、穩(wěn)定，但試驗(yàn)時(shí)由于無(wú)法準(zhǔn)確估計(jì)材料的LDR值，而且不同的材料其LDR結(jié)果相差較大，所以試驗(yàn)時(shí)試樣尺寸大小不能事先確定，只能邊做試驗(yàn)邊進(jìn)行摸索，同時(shí)在每一尺寸下還需摸索壓邊力的大小以保證試樣既不起趨又能在凸模的拉深力作用下發(fā)生流動(dòng)和拉深變形，這樣造成做一個(gè)LDR試驗(yàn)結(jié)果可能需做約100個(gè)左右不同直徑試樣的拉深沖壓過(guò)程，不僅試樣加工困難，做試驗(yàn)也會(huì)變得非常繁瑣。

拉深載荷試驗(yàn)原理基于W.Engelhard提出的拉深潛力試驗(yàn)方法，試驗(yàn)相對(duì)SWIFT較簡(jiǎn)單，但對(duì)試驗(yàn)裝置要求較高。試驗(yàn)裝置的壓邊圈需分為內(nèi)、外壓邊圈，試驗(yàn)時(shí)，先用外壓邊圈對(duì)試樣施加一定壓邊力，并通過(guò)凸模對(duì)試樣進(jìn)行拉深，測(cè)出最大拉深力Fpmax，然后用內(nèi)壓邊圈將試樣壓緊，通過(guò)凸模繼續(xù)加載，測(cè)定凹模內(nèi)試樣底部圓角附近壁部發(fā)生破裂時(shí)的極限拉深力Fpf，不同直徑試樣的Fpmax所繪成的直線與不同直徑試樣的Fpf所繪成的直線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的試樣直徑即為(D₀)_maxT。這樣的試驗(yàn)裝置制造成本較高，性?xún)r(jià)比較低，市場(chǎng)也很難買(mǎi)到。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有不銹鋼極限拉深比測(cè)試方法的上述不足，本發(fā)明提供一種不銹鋼極限拉深比測(cè)試方法，本方法測(cè)試不銹鋼薄板材料極限拉深力和極限拉深比的效率高，簡(jiǎn)化極限拉深比LDR的測(cè)試流程。

本發(fā)明的另一目的是提供一種拉深試驗(yàn)用快速對(duì)中裝置。

本發(fā)明技術(shù)方案

1、極限拉深力測(cè)試方法及分析

拉深試驗(yàn)過(guò)程中，拉深筒壁底部A點(diǎn)是試樣減薄最嚴(yán)重的區(qū)域，也是最容易破裂的地方，試樣筒壁A點(diǎn)所承受的拉深力F與凸模的頂件力P如圖1所示,圖1中左部為凸模，右上角為凹模，右下角是壓邊圈，試驗(yàn)時(shí)凸模、凹模與圓片試樣的中心應(yīng)在同一垂直線上。圓片試樣開(kāi)始拉深時(shí)，由于凸凹模圓角半徑的存在，筒壁拉深力F不能平行于凸模運(yùn)行方向，從而頂件力P與F并不相等，實(shí)際上P=Fcosθ。破裂時(shí)拉深杯體高度越高，θ值越小，cosθ越趨近于1。當(dāng)拉深高度大于凸凹模圓角半徑之和后，θ變?yōu)?°，頂件力P與筒壁承受的拉深力F相等。

極限拉深力就是試驗(yàn)時(shí)筒壁傳力區(qū)材料所能承受的最大拉應(yīng)力，根據(jù)理論計(jì)算認(rèn)為筒壁傳力區(qū)材料所能承受的最大拉應(yīng)力如等式（1）所示，與材料的n、r值，抗拉強(qiáng)度，及材料厚度有關(guān)，與試樣的直徑大小無(wú)關(guān)。

式中：n—所試材料的應(yīng)變硬化指數(shù)；r—所試材料的平面塑性應(yīng)變比；

—所試材料的抗拉強(qiáng)度；R—凸模直徑；—試樣厚度。

拉深試驗(yàn)過(guò)程中可以測(cè)試得到頂件力的大小，所以拉深試樣至破裂，當(dāng)拉深杯體高度大于凸凹模圓角半徑之和時(shí)，頂件力就等于材料所能承受的最大拉應(yīng)力。

對(duì)于不銹鋼而言，由于其脹形能力較強(qiáng)，最大力延伸率普遍較大，試驗(yàn)時(shí)用較大試樣直徑（大約等于極限拉深比對(duì)應(yīng)的試樣直徑）、較小壓邊力拉深試樣至破裂，得到的杯體高度基本都大于凸凹模圓角半徑之和（凸凹模圓角半徑以GB/T15825中規(guī)定為準(zhǔn)），且不同試樣直徑、不同壓邊力、不同杯體高度下測(cè)得的極限拉深力大小基本一致，波動(dòng)在5%之內(nèi)，極限拉深力測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。作為快速試驗(yàn)，可以選用約等于極限拉深狀態(tài)的試樣直徑（不銹鋼可選用試樣直徑為120mm），采用較小的壓邊力拉深至破裂，試驗(yàn)時(shí)測(cè)得破裂時(shí)的最大頂件力作為極限拉深力。

表1

2、極限拉深比快速試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理方法

對(duì)圓片狀試樣進(jìn)行拉深時(shí)，試樣直徑與最大拉深力之間呈近似線性關(guān)系，試樣直徑增大，最大拉深力增大，當(dāng)最大拉深力增大至材料所能承受的最大拉應(yīng)力時(shí)，拉深試驗(yàn)處于極限拉深狀態(tài)，這時(shí)的試樣直徑與凸模直徑的比值即為極限拉深比LDR。

有關(guān)材料手冊(cè)顯示，不銹鋼材料的極限拉深比一般都大于1.9，按標(biāo)準(zhǔn)方法凸模直徑取50mm時(shí)，極限拉深狀態(tài)下試樣直徑應(yīng)大于95mm。為了使快速拉深試驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確，測(cè)量最大拉深力時(shí)，試樣應(yīng)選用盡量接近極限拉深狀態(tài)下的直徑，如85mm、90mm、95mm。

因此，只要測(cè)試出試樣直徑與最大拉深力之間的關(guān)系曲線，并按本節(jié)第一條測(cè)試出試驗(yàn)材料所能承受的極限拉深力，即可通過(guò)數(shù)據(jù)處理計(jì)算出極限試樣直徑(D₀)_max，從而計(jì)算出極限拉深比LDR。試樣直徑與拉深力關(guān)系見(jiàn)圖2。

借鑒上述理論原理，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，結(jié)合不銹鋼薄板成形性能特點(diǎn)，形成本發(fā)明的不銹鋼極限拉深比測(cè)試方法。

本不銹鋼極限拉深比測(cè)試方法的步驟依次如下：

Ⅰ 采用直徑分別為85mm、90mm、95mm三組不同直徑的試樣進(jìn)行拉深成形試驗(yàn)，每組內(nèi)試件數(shù)量為4片，測(cè)試出每組試樣下的最大拉深力平均值。試樣直徑的加工誤差應(yīng)不大于±0.05mm。

Ⅱ用同樣的精度加工4片直徑為120mm的試樣，采用較小的壓邊力（0kN-10kN），同樣進(jìn)行拉深成形試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中，允許柸體邊緣發(fā)生輕微起趨，測(cè)試試樣破裂時(shí)的極限拉深力平均值。

Ⅲ 用線性回歸方法求出最大拉深力平均值與相應(yīng)試樣直徑的回歸直線方程。

繪制試樣直徑-拉深力曲線圖，如圖2所示。

Ⅳ用作圖法從曲線圖中求出兩條直線的交點(diǎn)M的橫坐標(biāo)，即為最大直徑(D₀)_max。

Ⅴ用(D₀)_max除以凸模直徑d_p即為極限拉深比LDR。

本發(fā)明的對(duì)中裝置

拉深試驗(yàn)時(shí)，圓片試樣中心與凸模中心線應(yīng)在一直線上，偏差不大于0.5mm。為了試驗(yàn)操作方便，且保證試樣的對(duì)中性，以壓邊圈外圓為基準(zhǔn)，以?xún)?nèi)圓直徑級(jí)差1.25mm為間隔，設(shè)置一系列環(huán)形裝置。環(huán)形裝置是一個(gè)環(huán)，環(huán)形裝置的28個(gè)外圓都是Ф132.8mm。

一套對(duì)中裝置包括有28個(gè)環(huán)形裝置。每個(gè)環(huán)形裝置的材料宜用軟而有一定韌性的硬紙片或塑料片，厚度在0.7-1.2mm之間，內(nèi)圓與外圓的同心度應(yīng)小于0.1mm，內(nèi)圓直徑應(yīng)以正公差0.05mm制作，如內(nèi)圓直徑為85mm時(shí)，其制作直徑應(yīng)在85mm～85.05mm之間，以保證容易對(duì)中放置或移開(kāi)。試驗(yàn)證明本對(duì)中裝置使用方便，操作簡(jiǎn)單，可保證試樣的對(duì)中性滿(mǎn)足0.5mm要求。

本發(fā)明的有益效果

本不銹鋼極限拉深比測(cè)試方法用于不銹鋼拉深試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，既保證了拉深極限比試驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)準(zhǔn)確性，又明顯簡(jiǎn)化了操作流程。使檢測(cè)效率最少提高5倍。

拉深試驗(yàn)試樣尺寸可以預(yù)先確定，改變了試樣尺寸需一邊試驗(yàn)一邊確定的方式，試樣可以進(jìn)行批量加工，提高了試樣制作效率。減少了試驗(yàn)前確定壓邊力的預(yù)試驗(yàn)次數(shù)以及尋找極限試樣直徑進(jìn)行的摸索逼近試驗(yàn)次數(shù)，改變了試驗(yàn)流程不能預(yù)先確定的狀況，使試驗(yàn)過(guò)程可以按照預(yù)定程序順利完成。

本中心對(duì)中裝置適用于當(dāng)前成形試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉深試驗(yàn)時(shí)試樣與凸凹模之間的中心對(duì)中，保證了拉深試驗(yàn)時(shí)圓片試樣中心與試驗(yàn)機(jī)凸凹模中心的對(duì)中性，操作簡(jiǎn)單易行，保障了拉深試驗(yàn)的順利進(jìn)行。

附圖說(shuō)明

圖1是極限拉深力測(cè)試方法及分析示意圖。

圖2是試樣直徑與拉深力關(guān)系圖。

圖3是對(duì)中裝置主視圖。

圖4是對(duì)中裝置沿徑向剖開(kāi)示意圖。

圖5是實(shí)施例試樣直徑-拉深力曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式,但本發(fā)明的具體實(shí)施方式不局限于下述的實(shí)施例,下面的實(shí)施例不是對(duì)本發(fā)明的限制。

方法實(shí)施例

本不銹鋼極限拉深比測(cè)試方法實(shí)施例的步驟依次如下：

Ⅰ在一塊規(guī)格厚度為1.0mm的430不銹鋼薄板坯料上，制取直徑分別為85mm、90mm、95mm的圓片試樣各四片，其外徑加工公差不大于±0.05mm。測(cè)試出每組試樣下的最大拉深力平均值、、。

最大拉深力的測(cè)試步驟如下：

a 開(kāi)啟薄板沖壓試驗(yàn)機(jī)及拉深試驗(yàn)控制軟件。

b 取本發(fā)明中的內(nèi)徑為85mm的環(huán)形裝置（對(duì)中裝置中第一個(gè)環(huán)形裝置）放置于下壓邊圈上，將直徑為85mm的試樣放置于對(duì)中裝置中，同時(shí)移動(dòng)試樣及環(huán)形裝置，仔細(xì)將環(huán)形裝置的外圓與壓邊圈上的金屬圈對(duì)正。

c 壓邊力設(shè)置為0kN，沖壓速率設(shè)置為0.16～1.2mm/s。

d 啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行拉深沖壓，同時(shí)繪制沖壓力-沖壓位移曲線，柸體拉深完全脫離壓邊圈后，停止試驗(yàn)（杯體邊緣應(yīng)無(wú)起趨發(fā)生，如果起趨現(xiàn)象時(shí)，需略增大壓邊力重新試驗(yàn)）。

e 從沖壓力-沖壓位移曲線測(cè)出沖壓過(guò)程中的最大沖壓力為44.08kN。

f 重復(fù)b—e的步驟，對(duì)其余11片直徑為85mm、90mm、95mm的試樣進(jìn)行拉深試驗(yàn)，測(cè)出最大沖壓力分別為：直徑為85mm試樣，43.31 kN、42.73 kN、42.95 kN；直徑為90mm試樣，52.66 kN、53.29kN、52.95kN、52.70kN；直徑為95mm試樣，63.99 kN、64.56kN、64.85kN、66.33kN。最大拉深力平均值分別為43.27 kN、52.90 kN、64.93 kN。

Ⅱ用同樣的精度加工4片直徑為120mm的試樣，采用較小的壓邊力（0kN-10kN），同樣進(jìn)行拉深成形試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中，允許柸體邊緣發(fā)生輕微起趨，測(cè)試試樣破裂時(shí)的極限拉深力平均值。

具體測(cè)試步驟如下：

a使用內(nèi)徑為120mm的環(huán)形裝置將一個(gè)直徑為120mm的試樣按步驟Ⅰ中b-e的方式在薄板沖壓試驗(yàn)機(jī)上對(duì)中放置。

b壓邊力設(shè)置為5kN，沖壓速率設(shè)置為0.16～1.2mm/s。

c啟動(dòng)沖壓試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行拉深沖壓，同時(shí)繪制沖壓力-沖壓位移曲線，柸體底部圓角部位發(fā)生破裂時(shí)，停止試驗(yàn)（柸體邊緣允許有起趨現(xiàn)象發(fā)生）。

d記錄沖壓破裂時(shí)的極限拉應(yīng)力為：84.54 kN。

e重復(fù)步驟a-d，測(cè)出其余三個(gè)直徑為120mm試樣的極限拉應(yīng)力分別為：82.39 kN、82.70kN、85.06kN。極限拉深力平均值 為83.67kN。

Ⅲ 用線性回歸方法求出最大拉深力平均值 與相應(yīng)試樣直徑的回歸直線方程。

具體方法如下：

a以試樣直徑為X坐標(biāo)，最大沖壓力為Y坐標(biāo)，對(duì)直徑為85mm、90mm、95mm試樣的最大拉深力平均值用最小二乘法進(jìn)行線性回歸擬合，擬合得到的直線方程為：Y=2.166X-141.24，相關(guān)系數(shù)R²=0.9959。

Ⅳ繪制試樣直徑-拉深力曲線圖，如圖5所示。

Ⅴ用作圖法從曲線圖中求出兩條直線的交點(diǎn)M的橫坐標(biāo)，即為最大直徑(D₀)_max。從圖5中可求得最大直徑(D₀)_max=103.84mm。

Ⅵ用(D₀)_max除以凸模直徑d_p即為極限拉深比LDR

凸模直徑為50mm，用103.84除以50，得到1.0mm規(guī)格430不銹鋼的極限拉深比為2.08。

對(duì)中裝置實(shí)施例

在本實(shí)施例中一套對(duì)中裝置包括有28個(gè)環(huán)形裝置。每個(gè)環(huán)形裝置的材料宜用軟而有一定韌性的硬紙片或塑料片，厚度為1.2mm。內(nèi)圓3與外圓2的同心度應(yīng)小于0.1mm，內(nèi)圓3直徑應(yīng)以正公差0.05mm制作，如內(nèi)圓3直徑為85mm時(shí)，其制作直徑應(yīng)在85mm～85.05mm之間，以保證容易對(duì)中放置或移開(kāi)。

本實(shí)施例的對(duì)中裝置1為28個(gè)。對(duì)中裝置1外圓2的直徑為Ф132.8 mm（與設(shè)備壓邊圈的金屬圈相配）。每個(gè)對(duì)中裝置1見(jiàn)圖3與圖4。

對(duì)中裝置1的28個(gè)內(nèi)圓3的直徑分別是Ф85 mm，Ф86 .25mm，Ф87.5 mm，Ф88.75 mm，Ф90mm，Ф91.25mm，Ф92.5mm，Ф93.75mm，Ф95mm，Ф96.25mm，Ф97.5mm，Ф98.75mm，Ф100mm，Ф101.25mm，Ф102.5mm，Ф103.75mm，Ф105mm，Ф106.25mm，Ф108.5mm，Ф110mm，Ф111.25 mm，Ф112.5 mm，Ф113.75 mm，Ф115 mm，Ф116.25 mm，Ф117.5mm，Ф118.75 mm，Ф120 mm。對(duì)應(yīng)28種試樣。