[发明专利]一种可调法向约束的金属薄板失稳起皱测试与评估装置

说明书

技术领域

本发明涉及薄板塑性加工技术领域，具体是一种用于测试复杂边界条件下金属薄板失稳起皱的测试与评估装置。

背景技术

目前，在航空、航天、航海和汽车等制造领域，薄壁轻量化零件的应用越来越广泛。而结构的刚度除取决于组成材料的弹性模量外，还同其几何形状、边界条件和加载形式等因素有关，这类薄壁结构的零件由于其非常小的径厚比(薄壁管D/t＞20)、宽厚比(薄板L/t＞50)，因此其抗弯刚度非常小。而且，薄壁轻量化零件在加工成形过程中一般都需要经历复杂的多模具约束(复杂边界条件)，易产生不规则且大小实时变化的面内压应力。这些局部分布的压应力和较小的抗弯刚度极易导致薄壁类零件在成形过程中发生失稳起皱。这一失稳现象是影响薄壁件成形的主要缺陷和障碍，决定着此类产品成形潜力大小，并严重影响着零件的成形质量、精度、模具的寿命及后续工序的完成。特别是一些需要严格限制变形的薄壁件，如用于飞机生产的液压、燃油、环控等系统的高装配精度的轻量化弯管件，经锥辊碾轧成形的螺旋叶片和高精度控制的薄壁旋压件等。因此，设计一种复杂多边界条件下薄壁件失稳起皱测试与评估装置，研究失稳起皱的规律和机理，对于薄壁轻量化零件的精确塑性加工显得极为突出和迫切。

试验研究在探索起皱的起因、形成及消除时起着至关重要的作用。通过优化设计先进的分析测试装备，可以直接获得实际结构在真实载荷作用下屈曲过程中的数据，从而有效准确地研究失稳起皱发生和发展过程，获得关键参数对失稳起皱的影响规律，了解薄板零件的成形性能并指导实际生产过程。上世纪八十年代日本学者吉田青太(Yoshida)提出方板对角拉伸试验YBT(Yoshida buckling test)用于研究板材的抗皱问题。在该起皱试验中，金属薄板沿一个对角线方向拉伸，在拉伸过程中，由于外部刚性区域的几何约束，沿纵向的拉伸变形导致薄板中部区域将会出现一个沿横向分布的压应力区域。这样一来，诱发的压应力就可以让金属薄板极易产生失稳起皱现象。这一YBT试验技术也因此成为应用最为广泛的起皱模拟试验技术，并已成为研究板料抗皱性能的标准试验。

但是YBT试验法只能获得板材在简单边界条件下的抗皱性能，不能考虑工件与模具的接触情况。而近年来大量薄壁轻量化零件的成形过程往往是在复杂边界条件下进行的，即涉及工件与多种模具之间的接触与约束，如数控绕弯成形中薄壁管外侧受到弯曲模、防皱模、夹块和压块的接触与约束，而内侧又受到芯棒和多芯球的接触与约束。复杂边界条件下的失稳规律和机制也不同于简单边界条件下的情况。