本實用新型屬于金屬板料成形加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種獲得復(fù)雜加載條件下成形極限圖的試驗裝置。

背景技術(shù)：
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成形極限圖(Forming Limit Diagram，F(xiàn)LD)，是板料在不同應(yīng)變路徑以及不同摩擦條件下的局部失穩(wěn)時其極限應(yīng)變e₁、e₂(工程應(yīng)變)或ε₁、ε₂(真實應(yīng)變)構(gòu)成的條帶形區(qū)域或曲線，該條形帶或曲線將整個圖形區(qū)域分成三部分:安全區(qū)、破裂區(qū)及臨界區(qū)，F(xiàn)LD能全面反映板料在單向和雙向拉應(yīng)力作用下的局部成形極限，是對板料成形性能的一種定量描述，是對沖壓工藝成敗性的一種判斷曲線，在板料實際沖壓生產(chǎn)成形以及板料數(shù)值模擬分析兩個方面都有其重要應(yīng)用。

板料成形極限曲線FLD的測定方法通常有理論計算及試驗獲得兩種方法。理論計算是基于屈服準(zhǔn)則、塑性本構(gòu)關(guān)系，以拉伸失穩(wěn)準(zhǔn)則進(jìn)行解析的?；诎辶纤苄宰冃位纠碚?，計算需從板料初始變形狀態(tài)考慮，即需考慮板料的初始屈服準(zhǔn)則，包括各向同性屈服準(zhǔn)則和各向異性屈服準(zhǔn)則，其中還需考慮材料在變形過程中的應(yīng)變強化規(guī)則以及它的后繼屈服函數(shù),繼而分析板料的失穩(wěn)狀態(tài)。失穩(wěn)主要表現(xiàn)為拉伸失穩(wěn)，應(yīng)用廣泛的包括Swift分散性失穩(wěn)理論和Hill提出的集中失穩(wěn)理論，而Hill理論又包括Hill48、Hill79、Hill93等針對不同板料提出的不同理論；此外還有M-K凹槽理論、國內(nèi)陳光南提出的C-H理論等一系列板料失穩(wěn)理論分析準(zhǔn)則。

FLD的試驗獲得需采用標(biāo)準(zhǔn)實驗裝置,通過改變試件寬度和潤滑條件,基于網(wǎng)格應(yīng)變分析技術(shù),獲得極限應(yīng)變數(shù)據(jù)并通過計算所需應(yīng)變值建立FLD。根據(jù)試件受力方式不同,構(gòu)建FLD的方法分為“曲面法”和“平板面法”,曲面法主要有Heckler試驗法、Nakazim試驗法；平板面法主要有A-B試驗法、M-K試驗法等，其中Nakazim試驗法應(yīng)用較多，利用該方法建立的FLD需要加工一系列矩形試樣，矩形試樣長度均為180mm，寬度從180mm到20mm，每次遞減20mm，即每獲得一種板料的FLD需加工至少9個不同的板料試樣；或需加工9個不同尺寸骨形試樣，且Nakazim試驗法是在線性加載(比例加載或簡單加載)或近似線性加載的情況下得到的FLD。

由上可知，現(xiàn)有獲得FLD的方法存在以下技術(shù)問題：

1、理論計算時沒有確定的理論系統(tǒng)來確定某種板料的成形極限圖，計算過程復(fù)雜，容易出錯，且計算之前還需通過材料的性能實驗獲取所需的某些材料性能值，如加工硬化指數(shù)、厚向異性系數(shù)等。

2、試驗法需要加工不同尺寸的板料，即需要多種試樣。

3、無論是試驗獲得還是通過理論計算，一般都是按照線性加載得到的FLD，然而實際生產(chǎn)中板料成形并非都是簡單加載的，如一些復(fù)雜的、需多工步成形的零件。理論和試驗均表明：同一種板料，采用不同的加載方式，其FLD有很大不同。

為解決上述FLD的應(yīng)變加載路徑相關(guān)性問題，提出了用成形極限應(yīng)力圖(forming limit stress diagram，F(xiàn)LSD)以替代FLD。FLSD是在FLD試驗的基礎(chǔ)上考慮板料變形的極限應(yīng)力與極限應(yīng)變關(guān)系，通過應(yīng)力應(yīng)變轉(zhuǎn)化得到。為驗證FLSD的加載路徑無關(guān)性，在試驗及模擬時必須實現(xiàn)非線性加載，即復(fù)雜加載，通過對不同的加載方式獲得的FLD、FLSD比較，可得出結(jié)論。

現(xiàn)有的實現(xiàn)復(fù)雜加載路徑的方法有：單向拉伸平行預(yù)加載后脹形至板料失穩(wěn)、單向拉伸垂直預(yù)加載后脹形至板料失穩(wěn)、雙向拉伸預(yù)加載后脹形至板料失穩(wěn)、平面應(yīng)變預(yù)加載后脹形至板料失穩(wěn)等。實現(xiàn)復(fù)雜加載路徑的方法實質(zhì)上是分為兩個試驗，即先預(yù)變形后脹形，兩個試驗不是同時進(jìn)行，沒有考慮板料加工后的時效，而大部分零件成形均為一次成形或間隔時間很短，故上述復(fù)雜加載條件可能會由于時效對試驗結(jié)果造成一定的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本實用新型的目的在于提供一種獲得復(fù)雜加載條件下成形極限圖的試驗裝置，本實用新型所提供的試驗裝置是在原有包括多功能板料成形機的基礎(chǔ)上改裝凸模裝置，其它裝置及模具為原有設(shè)備。

本實用新型所提供的一種獲得復(fù)雜加載條件下成形極限圖的試驗裝置包括多功能板料成形機及成形模具；所述多功能板料成形機包括成形機基體7、液壓頂桿及液壓控制系統(tǒng)；所述成形模具包括帶有壓邊筋的凹模1、帶有壓邊筋的壓邊圈3、可拆卸外板6及特制凸模；所述特制凸模包括小凸模11和大凸模4，所述小凸模11的上端為半球形凸模，所述小凸模11的下端設(shè)有卡箍接口5，所述卡箍接口5用于與連接凸模的能夠垂直運動的液壓頂桿10對接，所述小凸模11是對板料進(jìn)行預(yù)變形的一種特制模具；所述大凸模4的內(nèi)部為能夠與所述小凸模11套接的孔腔，所述大凸模4的外部為半球形凸模；所述液壓頂桿包括連接壓邊圈的能夠垂直運動的液壓頂桿9及連接凸模的能夠垂直運動的液壓頂桿10；所述連接凸模的能夠垂直運動的液壓頂桿10的上端設(shè)有與所述小凸模11進(jìn)行連接的卡箍連接裝置12，所述連接凸模的能夠垂直運動的液壓頂桿10連接所述小凸模11和大凸模4后將液壓力傳遞到小凸模11和大凸模4上，完成脹形試驗。

本實用新型用于獲得復(fù)雜加載條件下成形極限圖的試驗方法的具體步驟如下：

(1)制備板料試樣，統(tǒng)一裁剪為180*180mm的方形板料并印制網(wǎng)格。

(2)凸模位置調(diào)零：將所述小凸模11與所述連接凸模的能夠垂直運動的液壓頂桿10進(jìn)行對接，然后將所述大凸模4套接在所述小凸模11上，將所述大凸模4調(diào)整至所述凹模1的下方，將該位置設(shè)為位移零點位置，用于后期調(diào)整所述大凸模4及小凸模11的運行速度。

(3)放置板料：將步驟(1)印制好網(wǎng)格的板料8按照標(biāo)準(zhǔn)順序依次對中放置在所述壓邊圈3上。

(4)小凸模脹形板料：將初始壓邊力設(shè)為X后，上升所述壓邊圈3，使所述板料8與所述凹模1接觸，此時所述壓邊圈3與所述凹模1上對接的壓邊筋2壓住所述板料8，隨著所述小凸模11行程的增加，所述板料8的法蘭區(qū)金屬向變形區(qū)流動，當(dāng)所述小凸模11上升至一定高度h時，停止小凸模脹形板料，h表示所述小凸模11從接觸所述板料8至完成對板料脹形后的行程距離，然后將所述小凸模11下降至能手動安裝所述大凸模4的位置。

所述初始壓邊力X＝(10-20)*α*t²，式中α：板料的屈服強度(MPa)；t：板料的厚度(mm)。

(5)大凸模脹形板料：將所述大凸模4套接在所述小凸模11上，并將壓邊力調(diào)至最大值，此時所述板料8的法蘭區(qū)金屬不再向變形區(qū)流動，所述板料8隨所述大凸模4行程的增加直至破裂，該破裂處能夠獲得極限應(yīng)變值及其它試驗數(shù)據(jù)，完成一種應(yīng)力狀態(tài)的試驗。

(6)下降所述大凸模4及壓邊圈3至能夠?qū)⑺霭辶?取出的高度，關(guān)閉系統(tǒng)電源，取出所述板料8，測量相關(guān)數(shù)據(jù)。

(7)更換板料，卸下所述大凸模4，改變所述小凸模11的上升高度h及初始壓邊力X，重復(fù)所述步驟(3)-(6)，記錄不同的應(yīng)變狀態(tài)下板料極限應(yīng)變值，完成成形極限圖的試驗測定。

本實用新型提供的一種獲得復(fù)雜加載條件下成形極限圖的試驗裝置可一步實現(xiàn)復(fù)雜加載，無需在脹形前對板料進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)變形，避免了上述時效問題以及相對繁雜的試驗過程；本實用新型用于試驗測試所需板料均采用同一尺寸，無需加工多種尺寸板料，可批量加工，節(jié)省試驗時間，縮短試驗周期。

附圖說明：

圖1：為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：為本實用新型中小凸模與液壓頂桿卡箍連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3：為本實用新型中凸模更換時小凸模位置示意圖；

圖4：為方形板料示意圖；

圖5：為骨形板料示意圖。

圖中：1:凹模；2:壓邊筋；3:壓邊圈；4:大凸模；5:卡箍接口；6:可拆卸外板；7:多功能板料成形機基體；8:板料；9:連接壓邊圈的能夠垂直運動的液壓頂桿；10:連接凸模的能夠垂直運動的液壓頂桿；11：小凸模；12：卡箍連接裝置。

具體實施方式：

本實用新型所提供的一種獲得復(fù)雜加載條件下成形極限圖的試驗裝置包括多功能板料成形機及成形模具；多功能板料成形機包括成形機基體7、液壓頂桿及液壓控制系統(tǒng)；成形模具包括帶有壓邊筋的凹模1、帶有壓邊筋的壓邊圈3、可拆卸外板6及特制凸模；特制凸模包括小凸模11和大凸模4，小凸模11的上端為半球形凸模，所述小凸模11的下端設(shè)有卡箍接口5，所述卡箍接口5用于與連接凸模的能夠垂直運動的液壓頂桿10對接，所述小凸模11是對板料進(jìn)行預(yù)變形的一種特制模具；大凸模4的內(nèi)部為能夠與所述小凸模11套接的孔腔，所述大凸模4的外部為半球形凸模，所述大凸模4的球頭直徑a按照脹形試驗?zāi)＞邩?biāo)準(zhǔn)制作，大凸模直徑是小凸模的2-3倍；所述液壓頂桿包括連接壓邊圈的能夠垂直運動的液壓頂桿9及連接凸模的能夠垂直運動的液壓頂桿10；所述連接凸模的能夠垂直運動的液壓頂桿10的上端設(shè)有與所述小凸模11進(jìn)行連接的卡箍連接裝置12，所述連接凸模的能夠垂直運動的液壓頂桿10連接所述小凸模11和大凸模4后將液壓力傳遞到小凸模11和大凸模4上，完成脹形試驗。

本實用新型用于獲得復(fù)雜加載條件下成形極限圖的試驗方法具體步驟如下：

1、制備板料試樣，板料厚度是1mm，屈服強度是160MPa，統(tǒng)一裁剪為180*180mm的方形板料。

2、凸模位置調(diào)零：對接小凸模與液壓頂桿，套接大凸模與小凸模(大凸模直徑100mm，小凸模直徑40mm)，將大凸模高度調(diào)整至凹模下方約10mm處，將該位置設(shè)為位移零點位置，以便后期適當(dāng)調(diào)整凸模運行速度。

3、放置板料：將印制好網(wǎng)格的板料按照標(biāo)準(zhǔn)的順序依次對中放置在壓邊圈上。

4、小凸模脹形板料：上升壓邊圈，使板料與凹模接觸，將初始壓邊力設(shè)為2400N，小凸模上升拉深板料：隨著小凸模行程的增加法蘭區(qū)金屬可向變形區(qū)流動，當(dāng)小凸模上升至一定高度h時，小凸模上升高度h＝(0-10)*t，t：板料的厚度(mm)(h分別是0，2，4，6，8，10mm)；之后小凸模下降至能手動安裝大凸模的位置。

5、大凸模脹形板料：大凸模套接小凸模，并將壓邊力調(diào)至最大值，此時法蘭區(qū)金屬不再向變形區(qū)流動，板料隨大凸模行程的增加直至破裂，該破裂處可獲得極限應(yīng)變值及其他試驗數(shù)據(jù)，完成一種應(yīng)力狀態(tài)的試驗。

6、下降大凸模、下降壓邊至能將板料取出的高度，關(guān)閉系統(tǒng)電源，取出板料，測量相關(guān)數(shù)據(jù)。

7、更換板料，改變小凸模上升高度h，重復(fù)上述步驟3-6，記錄不同的應(yīng)變狀態(tài)下板料極限應(yīng)變值，完成成形極限圖FLD的試驗測定。