[发明专利]一种金属板材高速成形极限图的建立方法

摘要

本发明涉及一种金属板材高速成形极限图的建立方法，包括以下步骤：利用金属板材高速成形实验装置，首先使用较轻质的冲头，得到高应变速率、不同应变路径下的成形极限点；换装质量较重的冲头，得到中应变速率、不同应变路径下的成形极限点；普通成形试验机的基础上，调节到合适的采集系统的采集频率，调节冲头速度，得到准静态或低应变速率、不同应变路径下的成形极限点；采用拟合方法在Matlab软件中所有应变速率、应变路径下的高速成形极限点连接成曲面，定义为三维成形极限面。本发明所述的成形极限面的高低可以判断金属板材不同应变速率下的成形性能，成形极限面越高则金属板材在该应变速率下的成形性能越好。

主权项

1.一种金属板材高速成形极限图的建立方法，其特征在于：步骤1、利用金属板材高速成形实验装置，首先使用轻质复合材料的冲头(8)，将印刷好网格的各种尺寸的板料(4)分别进行成形极限实验，由于冲头质量较轻，在相同的电磁能量下，冲头(8)获得的速度更高；通过调节高压电容组(28)耐压值和电容量，得到高应变速率下、不同应变路径的成形极限点；其中：金属板材高速成形实验装置包括：导轨支架(1)，凹模座(2)，凹模(3)，试验板料(4)，垫圈(5)，压边圈(6)，紧固螺钉(7)，冲头(8)，升降支架(9)，电动导轨(10)，平板线圈(11)，驱动块(12)，连接棒(13)，可调缓冲橡胶垫(14)，限位槽(15)，电磁铁(16)，衔铁(17)，冲头橡胶缓冲块(18)，橡胶缓冲块支座(19)，高速照相机(20)，高速照相机支座(21)，激光测距仪(22)，变压器(24)，高压整流桥(27)，高压电容组(28)，发射开关(29)；装置采用的冲头(8)向下冲压板料(4)的模式，冲头(8)内部中空，分为半圆头和盖板两部分，两部分的连接采用胶接；冲头(8)与复合材料连接棒(13)采用螺栓联接在一起，连接棒(13)与驱动块(12)之间采用螺纹连接；凹模(3)安装在凹模座(2)上，凹模(3)上有与压边圈(6)上对应的拉延筋；电动导轨(10)布置在方形导轨支架(1)上端，用电动机带动升降支架(9)上下移动和固定，升降支架(9)上用绝缘胶和电木粘接有平板线圈(11)，平板线圈(11)由高压电容组(28)供电，驱动块(12)向下高速移动，从而带动与其采用螺纹连接的连接棒(13)；冲头(8)上粘接衔铁(17)，实验前被吸附在电磁铁(16)上，电磁铁(16)的支撑柱用螺栓固定于升降支架(9)上端，穿过升降支架(9)下端的开孔与衔铁(17)相对；升降支架(9)下端中部设计有增厚型开孔限位槽(15)，连接棒(13)穿过其中；限位槽上端放置可调缓冲橡胶垫(14)；凹模座(2)独立于导轨支架(1)，放置于导轨支架(1)之间；凹模座上端是一个环形凹槽(3)；环形凹模(3)外圈环形布置有螺纹孔，内圈有一圈拉延筋；压边圈(6)的外圈有环形布置有与凹模(3)上螺纹孔相对的钻孔，内圈布置有与凹模(3)上对应的拉延筋；压边圈(6)用周向布置的螺钉(7)将板料(4)压住；凹模座下方安装有实验数据的采集系统，是两台呈对称布置，相机轴线始终可以相交于一点的高速照相机(20)，以及一台垂直布置，用于实时测量冲头(8)与两台相机焦点所成直线的垂直距离的激光测距仪(22)；高速照相机(20)安装在相机支座(21)上，激光测距仪安装在橡胶缓冲块支座(19)中央的圆孔中；橡胶缓冲块支座(19)固定在冲头(8)正下方，圆形凹槽放置有同样中央开孔的冲头橡胶缓冲块(18)；装置电路部分采用市电供电，通过变压器(24)和高压整流桥(27)为高压电容器组充电，高压电容组(28)的电压和电容容量能够通过改变串并联电容数量调节，以改变放电能量，调节冲头(8)速度；发射开关(29)同时控制高压电容组(28)的放电和电磁铁(16)的断电，按下冲头的发射开关(29)时，高压电容组(28)对平板线圈(11)放电，同时电磁铁(16)断电，将冲头(8)发射出去；电磁铁(16)头部设计有撞块，当衔铁撞击撞块的时候，会自动弹起发射开关(29)，高压电容组(28)通路断开，电磁铁(16)通电，吸住冲头(8)，从而方便冲头(8)的实验前固定；步骤2、利用金属板材高速成形实验装置，换装硬铝材料的冲头(8)，将印刷好网格的各种尺寸的板料(4)分别进行成形极限实验，由于冲头质量较重，在相同的电磁能量下，冲头(8)获得的速度较低；通过调节高压电容组(28)耐压值和电容量，得到中应变速率下、不同应变路径的成形极限点；步骤3、在普通成形试验机的基础上，加装金属板材高速成形实验装置的数据采集系统，根据冲压速度的不同，调节数据采集系统采集频率在0.5HZ‑50HZ范围内变化，将各种尺寸的板料分别进行成形极限实验，通过调节冲头速度，得到准静态或低应变速率、不同应变路径下的成形极限点；步骤4、采用拟合方法在Matlab软件中将步骤1～步骤3中的不同应变速率、应变路径下的高速成形极限点拟合成曲面，定义为三维成形极限面，得到曲面的表达式z＝f(x,y)，并在Matlab中绘制出来，其中，极限面以上区域定义为破裂区，极限面以下区域定义为安全区。