[发明专利]金属薄板边部极限应变测试方法

说明书

本发明公开了一种金属薄板边部极限应变测试方法，选长条金属薄板为试样，试样的一端窄、另一端宽、中间为过渡的等腰梯形，将试样两长边垂直弯折形成U形槽；用外弯芯抵在U形槽的底壁外侧并对两侧壁外侧限位、用内弯芯抵在U形槽的底壁内侧并对两侧壁内侧限位，使U形槽贴绕外弯芯弯曲一定角度；用拉伸夹头夹住U形槽侧壁矮的一端，让外弯芯和内弯芯对夹固定U形槽远离拉伸夹头的切点位置，再通过拉伸夹头连续拉伸U形槽，在拉伸过程中观察弯曲部分的侧壁，当侧壁出现初始裂纹时停止，测量开裂位置的侧壁高度；计算临界应变。本方法能准确快速的获得材料开始出现边部起裂的极限应变，可直接作为零件成形仿真分析中边部开裂的判据。

技术领域

本发明属于材料力学性能检测领域，具体涉及一种金属薄板边部极限应变测试方法。

背景技术

先进高强钢边部开裂的判据目前还没有一种成熟可靠的测试方法：

对于单向拉伸试验——由于原始标距长度和非均匀缩颈变形的影响，已被证明不适用于断裂极限应变的测量。

对于扩孔试验——扩孔试验的原理如下图1所示，采用圆锥冲头对标准直径圆孔金属薄板试样进行扩孔翻边，当边部出现贯穿裂纹时停止试验，测量扩后孔径尺寸，通过孔径的变化来衡量材料的扩孔翻边性能。由于试样圆孔的直径和边部质量、材料厚度、孔边压应力、贯穿裂纹的判定时刻都会对扩孔率的测量结果产生影响，而材料的实际翻边性能往往会达不到扩孔性能，因此扩孔试验用于材料横向性能的评估没问题，但扩孔率的测量结果难以直接用于模具设计或材料的选用。一般普通软钢的扩孔率在60％以上，而高强钢很少有超过50％的，很多高强和超高强钢的扩孔率在15-30％之间，由于高强钢的极限扩孔率较小，测试过程中受试验条件、材料性能波动和人为因素的干扰较大，检测数据的波动性也很大，可以达到5％以上，因此以扩孔率来作为高强钢边部开裂极限应变也是不合适的。再加上实际零件翻边变形后的结构变化较大，与材料的扩孔凸缘结构并不一致，很难直接将扩孔率用到零件的设计和材料的选用中。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属薄板边部极限应变测试方法，本方法可以准确快速的获得材料开始出现边部起裂的极限应变，可直接作为零件成形仿真分析中边部开裂的判据，更具有实用价值。

本发明所采用的技术方案是：

一种金属薄板边部极限应变测试方法，选长条金属薄板为试样，试样的一端窄、另一端宽、中间为过渡的等腰梯形，将试样两长边垂直弯折形成U形槽，两边的弯折线关于中心线平行且对称；然后用外弯芯抵在U形槽底壁外侧并对U形槽两侧壁外侧限位、用内弯芯抵在U形槽底壁内侧并对U形槽两侧壁内侧限位，通过内弯芯弯曲U形槽，使U形槽贴绕外弯芯弯曲一定角度；然后用拉伸夹头夹住U形槽侧壁矮的一端，让外弯芯和内弯芯对夹固定U形槽远离拉伸夹头的切点位置，再通过拉伸夹头连续拉伸U形槽，在拉伸过程中观察弯曲部分的侧壁，当侧壁出现初始裂纹时停止，测量开裂位置的侧壁高度；通过开裂位置的侧壁高度、试样厚度和外弯芯半径计算临界应变，即材料开始出现边部起裂的极限应变。

进一步地，试件的尺寸根据材料预计的边部开裂极限应变范围设置，以确保能获得初始裂纹。

进一步地，将试样两长边垂直弯折形成U形槽时，折弯圆角半径r＝(0.1-0.5)t，U形槽底壁宽度b＝(30-70)t，t为试样厚度。

进一步地，外弯芯和内弯芯均能自由旋转。

进一步地，外弯芯和内弯芯的宽度均通过垫片微调，以确保对U形槽的限位。

进一步地，采用一个外弯芯配合两个内弯芯的形式，弯曲U形槽时，外弯芯与一个内弯芯对夹固定U形槽，另一个内弯芯绕外弯芯弯曲U形槽，拉伸U形槽时，保留远离拉伸夹头的切点位置的内弯芯，去掉靠近拉伸夹头的切点位置的内弯芯。

进一步地，临界应变ε_lim的计算式为