[发明专利]一种可用于板材刚性模胀形与液压胀形试验的装置及方法

说明书

一种可用于板材刚性模胀形与液压胀形试验的装置及方法，解决现有试验模具功能单一、互换性差的问题。本发明可以通过改变压边圈与凹模座的安装位置，来改变装置的使用用途，用于刚性模胀形与液压胀形试验。可以根据刚性模胀形试验使用的半球头胀形凸模尺寸与不同的板材厚度，相应地更换内圈为不同凹模直径的凹模嵌块。可以根据液压胀形试验过程，改变板料变形应变路径的需要，更换内圈为不同凹模直径、或者不同椭圆率的凹模嵌块。从而可以进行不同厚度的板材刚性模胀形试验与变应变路径的液压胀形试验。同时，本发明具有试验模具装卸简单，增加了试验的灵活性和模具的互换性，降低了模具成本费用等优点。

技术领域

本发明属于分析及测量控制技术领域，特别是涉及一种可用于板材刚性模胀形与液压胀形试验的装置及方法。

背景技术

确定材料性能是研究金属材料变形行为与成形缺陷控制的必要途径。其中，板材成形极限与材料流动应力是反映材料成形性能的关键性能参数。成形极限图是由金属薄板在不同应变状态下所能达到的极限应变值构成的图形，结合数值模拟技术，可用于预测板材成形过程缺陷的发生。对于试验获取的材料流动应力，可用于复杂加载路径下的弹、塑性变形过程的数值模拟，以及解决有关材料受力状态的工程技术问题。

在实验室条件下，通常可采用刚性凸模对金属薄板进行胀形的方法测定成形极限图。也可采用结合单拉试验与变椭圆率凹模的液压胀形试验方法测定成形极限图。刚性模胀形试验时，将一侧板面制有网格圆的试样置于凹模与压边圈之间，利用压边力压牢试样材料，试样中部在凸模的作用下产生变形并形成凸包，其表面上的网格圆发生变形，当凸包上某个局部产生颈缩或者破裂时停止试验，测量颈缩区或者破裂区附近的网格圆长轴与短轴尺寸，由此计算金属薄板表面的极限应变。改变试验用金属板材坯料尺寸形状，重复上述步骤，以测得不同状态下的极限应变。根据试验数值，绘制成形极限曲线，即可得到成形极限图。结合单拉试验与变椭圆率凹模的液压胀形试验的方法与刚性模胀形方法相类似。液压胀形后测量颈缩区或者破裂区附近网格圆，计算得到极限应变。根据单拉得到的极限应变，椭圆凹模液压胀形得到的极限应变绘制成形极限曲线，从而得到成形极限图。两者区别在于应变路径的改变方式与胀形方式的不同。刚性模胀形方法是通过改变板材形状与尺寸来改变应变路径。而液压胀形方法是通过改变椭圆凹模椭圆率来改变金属板材的应变路径。对于胀形方式，前者是通过刚性半球头凸模胀形，而后者是通过流体介质液压胀形。

针对当前在航空航天、汽车等领域应用较为广泛的板材充液成形工艺，液压胀形试验获得的材料流动性能比传统单向拉伸试验获得的材料性能更加符合充液成形实际情况。液压胀形最大的优点在于无摩擦，能充分展现材料性能。胀形试验过程中薄板双向受力，有别于单向拉伸试验的单向应力状态，且胀形试验没有颈缩现象，其破裂应变为单向拉伸的2倍左右。试验中通过记录液体压力和胀形高度以计算材料流动应力。

针对不同成形方法的工艺特征，选择与实际成形过程相类似的工艺条件下获取的材料性能参数可以更为准确地用于预测成形过程的材料变形情况以及缺陷的发生。刚性模胀形测得的材料成形极限，可用于传统刚性模拉深成形等工艺。结合单拉试验与椭圆凹模液压胀形测得的材料成形极限，可用于充液成形等液压辅助成形工艺。

现有的刚性模胀形模具与液压胀形模具功能单一，刚性模胀形模具仅仅局限于刚性模胀形试验，液压胀形模具仅仅局限于相关液压胀形试验。且刚性模胀形试验获取板材成形极限的过程，需要根据所测板材厚度来改变凸模与凹模之间的间隙。如果需要测量不同材料不同厚度板材的成形极限等材料性能，需要分别开发不同尺寸的试验模具。使得试验成本增大，试验模具使用不够便捷。

发明内容

为了解决上述试验模具存在的不足，本发明的目的在于提供一种灵活性好、模具互换性强、装卸简单的可用于刚性模胀形试验以及液压胀形试验，且可通过更换凹模嵌块来改变胀形试验凹模直径的组合模具。