[发明专利]薄规格高强度汽车用钢纯弯曲试验系统及测试方法

说明书

本发明公开了一种薄规格高强度汽车用钢纯弯曲试验系统及测试方法,包括两套对称布置的夹具、一个力传感器及一套激光位移测试装置；每套夹具均包括夹具本体、固定在夹具本体工作侧底部的挡板及开设在夹具本体工作侧的连接槽；所述激光位移测试装置包括滑道、设置在滑道上的n个激光位移测距仪及设置在滑道上的n+1个弹簧，且n为奇数；n个所述激光位移测距仪等距且对称的设置在位于两个所述挡板内侧面之间的滑道上，每相邻两个所述激光位移测距仪之间、靠近所述挡板的激光位移测距仪与所述挡板内侧面之间均通过所述弹簧连接。试验全程只有轴向力，完全避免了剪切应力的产生，避免了常规弯曲试验的剪应力的干扰，更好的反映材料的弯曲性能。

技术领域

本发明属于薄规格高强度金属材料冷弯成形性能测试技术领域，具体地指一种薄规格高强度汽车用钢纯弯曲试验系统及测试方法。

背景技术

冷弯成形是高强汽车用钢最主要的成形方式，一般用于生产汽车关键结构件等，通过轧辊的多道次辊压将一块钢板最终成形为所需的零件状态。辊压的道次工艺称为辊花，它反映了冷弯成形的工序和成形角度。与一般的冲压成形不同的是：首先，冷弯成形的载荷以弯曲载荷为主，所需的压机的吨位较小，特别适用于高强钢的成形；第二，冷弯成形具有更小的回弹，具有更好的零件制造精度。随着汽车轻量化趋势的发展，高强钢的应用，冷弯成形逐渐成为汽车制造一种主流的生产方式。

如图5所示某零件冷弯成形辊花示意图，弯曲试验最能反映材料冷弯成形性能，它与材料在生产过程中的受力状况非常相似，因此弯曲试验所得的弯曲强度、弯曲应力应变曲线对冷弯成形工艺设计和模拟具有非常大的指导意义。虽然传统的拉伸试验、FLD试验也可以反映材料的成形特性，但是在应用过程中和冷弯实际的受力状态有较大差异，从而对冷弯成形的指导具有局限性。因为拉伸试验在试样横截面上的应力分布完全相同，而与弯曲试验的厚向应力呈梯度分布有很大不同，同时也有研究表明，材料的拉伸强度和弯曲强度也有一定区别；另外，FLD成形试验虽然能够反映材料各应变路径下的成形极限，但是它更适用于一次冲压成形工艺的判定，并不适用于冷弯成形的多道次辊压工艺。因此弯曲试验对于冷弯成形工艺设计的指导是其他试验不可替代的。

另外，纯弯曲试验和传统弯曲试验有较大不同，纯弯曲试验是指材料的所受载荷为纯弯曲(纯弯矩)载荷，不受剪切应力的影响。而传统三点弯曲试验在受弯矩的载荷同时，试样还要承受无法克服的剪切应力影响。因此，怎么样消除剪切应力的影响又不引入其他新的应力是纯弯曲试验的核心所在。

目前纯弯曲试验解决方案存在以下技术缺陷：1、对弯曲试样进行轴向压缩是一个比较好的方案，但是试样夹具对试样的约束会造成试样在夹具钳口处应力集中，导致试样提前在夹具钳口处断裂；2、四点弯曲是另外一个解决方案，中间两点施力点的作用导致产生的剪应力相互抵消，中间的两个施力点区间内制造出纯弯曲的受力状态，该方法比较适用于挠度较小、刚性较大的试样，其可以近似认为试样受力状况为纯弯曲，但是对于刚性较小的薄规格钢板，在受力作用下试样变形较大，几何近似条件不复存在，仍然会受到来自夹具约束的干扰，并不能等效为纯弯曲载荷；3、传统的弯曲试验只能得到力和横梁位移的曲线，无法实时测量弯矩的大小，同时也无法得到板弯曲的挠度等信息，而这些过程参数对判定材料的弯曲来说至关重要。

发明内容

本发明的目的就是要针对上述技术的不足，提供了一种能避免弯曲试验中剪切应力、附加应力干扰的薄规格高强度汽车用钢纯弯曲试验系统及测试方法，同时防止在试样上产生应力集中的现象。

为实现上述目的，本发明所设计的薄规格高强度汽车用钢纯弯曲试验系统，包括两套对称布置的夹具、一个力传感器及一套激光位移测试装置；每套所述夹具均包括夹具本体、固定在所述夹具本体工作侧底部的挡板及开设在所述夹具本体工作侧的连接槽，一套所述夹具的连接槽与另一套所述夹具的连接槽呈相对布置；一套所述夹具的夹具本体与所述力传感器相连作为固定端，另一套所述夹具的夹具本体与液压设备相连作为运动端；