[发明专利]三维应力状态下板材成形性能测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试板材在三维应力状态下成形性能的装置及方法，涉及板材成形技术领域。

背景技术

近年来，以流体为传力介质的液压成形技术以其工艺柔性高、制模简单、成形质量好等优点，日益得到广泛的重视，可克服普通冲压成形方式的不足，尤其适合变形量大、复杂板材零件的一道工序成形。为改善板材零件的可成形性、克服成形缺陷以及提高壁厚均匀性，对于铝合金等低塑性材料，经常通过在板材上、下表面施加法向压力进行正、反加压的液压成形。上述成形方式使板材处于高压流体法向压力的作用下，变形坯料往往处于三维应力状态。

常规的金属板材成形，变形板材处于二维应力状态下。常规的金属板材成形性能评价方法是单向拉伸试验，在带有引伸计的拉伸试验机上进行，计算机数据采集系统获得试样标距范围内的位移和拉伸力曲线，然后经过数据处理获得材料性能参数。对于板材正反加压的液压成形，法向压力比较大，变形板材处于三维应力状态下，三维应力状态下的应力-应变曲线、材料厚向异性指数、硬化指数及其与法向压力的关系等无法通过在普通拉伸试验机上的单向拉伸试验获得。目前，由于法向压力无法施加，还没有通过单向拉伸试验有效评估板材三维应力状态下成形性能的测试方法。

发明内容

针对板材三维应力状态下成形性能难于测试及法向压力对成形性能的影响难于评估问题，本发明提出法向压力施加的方法，并提供一种三维应力状态下板材成形性能测试装置及方法。通过该装置及方法，可获得板材在三维应力状态下成形性能，并可考察不同法向压力对板材成形性能的影响。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

三维应力状态下板材成形性能测试装置，所述测试装置包括包括缸体、左端盖、右端盖以及位于缸体内的左活塞、右活塞、左夹持件、右夹持件、第一导向支撑杆和第二导向支撑杆；

右端盖安装在缸体的右端上，右夹持件固装在右活塞内且二者可一同沿缸体内腔表面移动，左夹持件固装在左活塞内且左活塞安装在缸体左端内腔中，左夹持件由左上半锥形块和左下半锥形块构成，左上半锥形块和左下半锥形块合在一起用于夹持板材试样的左端并将板材试样的左端固定在左活塞上，右夹持件由右上半锥形块和右下半锥形块构成，右上半锥形块和右下半锥形块合在一起用于夹持板材试样的右端并将板材试样的右端固定在右活塞上；左活塞与缸体的左端面限位连接，左端盖安装在缸体的左端上；左活塞、右活塞之间设有第一导向支撑杆和第二导向支撑杆；缸体侧壁与左活塞和左夹持件二者的内端面、右活塞和右夹持件二者的内端面构成第一密封腔体，缸体的侧壁与右活塞的外端面、右端盖的内端面构成第二密封腔体；第一密封腔体和第二密封腔体之间为右活塞；在所述缸体侧壁上设有与第一密封腔体相通的第一液体注入孔，第一液体注入孔用于与高压源连接，所述右端盖上设有与第二密封腔体相通的第二液体注入孔；顶杆穿过右端盖，顶杆一部分位于第二密封腔体内且其相应端与右活塞连接，顶杆另一部分位于伸出缸体外部。

所述右活塞内部与右夹持件配合的表面为由外向内渐扩圆锥面，右上半锥形块和右下半锥形块的锥角与右活塞内部圆锥面的锥角相同；左活塞内部与左夹持件配合的表面为由外向内渐扩圆锥面，左上半锥形块和左下半锥形块的锥角与左活塞内部圆锥面的锥角相同。

所述左活塞的外端面上设有台肩，实现与缸体左端面的限位连接。

第一导向支撑杆和第二导向支撑杆与左活塞螺纹连接。

所述第一导向支撑杆两端与左活塞、右活塞连接处分别设有第一左阶梯结构（限位挡台）、第一右阶梯结构；所述第二导向支撑杆两端与左活塞、右活塞连接处分别设有第二左阶梯结构（限位挡台）、第二右阶梯结构。

所述顶杆上与右活塞连接处设有顶杆阶梯结构（限位挡台）。

所述顶杆与右活塞螺纹连接，所述顶杆与位移传感器连接。

一种利用上述测试装置的三维应力状态下板材成形性能测试方法，所述测试方法的实现过程如下：

步骤一、活塞摩擦力测试：在单向拉伸过程中，右活塞与缸体之间由于密封的存在，产生摩擦，加载在第一密封腔体内的压力P1驱动无装夹板材试样的活塞运动，可驱动活塞运动的最小压力Pm与活塞横截面积的乘积既是活塞与缸体之间的摩擦力；

步骤二、制作金属板材试样：将原始厚度为t0的金属板材根据标准切割出长条形单向拉伸试样，板材试样中间部分的宽度小于其两端的宽度；

步骤三、夹紧金属板材试样；

步骤四、高压缸装配；