[發明專利]三維應力狀態下板材成形性能測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201310533825.5
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN103528898A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 徐永超;苑世劍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N3/28
• 分類號: G01N3/28;G01N3/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發明涉及一種測試板材在三維應力狀態下成形性能的裝置及方法，涉及板材成形技術領域。

背景技術

近年來，以流體為傳力介質的液壓成形技術以其工藝柔性高、制模簡單、成形質量好等優點，日益得到廣泛的重視，可克服普通沖壓成形方式的不足，尤其適合變形量大、復雜板材零件的一道工序成形。為改善板材零件的可成形性、克服成形缺陷以及提高壁厚均勻性，對于鋁合金等低塑性材料，經常通過在板材上、下表面施加法向壓力進行正、反加壓的液壓成形。上述成形方式使板材處于高壓流體法向壓力的作用下，變形坯料往往處于三維應力狀態。

常規的金屬板材成形，變形板材處于二維應力狀態下。常規的金屬板材成形性能評價方法是單向拉伸試驗，在帶有引伸計的拉伸試驗機上進行，計算機數據采集系統獲得試樣標距范圍內的位移和拉伸力曲線，然后經過數據處理獲得材料性能參數。對于板材正反加壓的液壓成形，法向壓力比較大，變形板材處于三維應力狀態下，三維應力狀態下的應力-應變曲線、材料厚向異性指數、硬化指數及其與法向壓力的關系等無法通過在普通拉伸試驗機上的單向拉伸試驗獲得。目前，由于法向壓力無法施加，還沒有通過單向拉伸試驗有效評估板材三維應力狀態下成形性能的測試方法。

發明內容

針對板材三維應力狀態下成形性能難于測試及法向壓力對成形性能的影響難于評估問題，本發明提出法向壓力施加的方法，并提供一種三維應力狀態下板材成形性能測試裝置及方法。通過該裝置及方法，可獲得板材在三維應力狀態下成形性能，并可考察不同法向壓力對板材成形性能的影響。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：

三維應力狀態下板材成形性能測試裝置，所述測試裝置包括包括缸體、左端蓋、右端蓋以及位于缸體內的左活塞、右活塞、左夾持件、右夾持件、第一導向支撐桿和第二導向支撐桿；

右端蓋安裝在缸體的右端上，右夾持件固裝在右活塞內且二者可一同沿缸體內腔表面移動，左夾持件固裝在左活塞內且左活塞安裝在缸體左端內腔中，左夾持件由左上半錐形塊和左下半錐形塊構成，左上半錐形塊和左下半錐形塊合在一起用于夾持板材試樣的左端并將板材試樣的左端固定在左活塞上，右夾持件由右上半錐形塊和右下半錐形塊構成，右上半錐形塊和右下半錐形塊合在一起用于夾持板材試樣的右端并將板材試樣的右端固定在右活塞上；左活塞與缸體的左端面限位連接，左端蓋安裝在缸體的左端上；左活塞、右活塞之間設有第一導向支撐桿和第二導向支撐桿；缸體側壁與左活塞和左夾持件二者的內端面、右活塞和右夾持件二者的內端面構成第一密封腔體，缸體的側壁與右活塞的外端面、右端蓋的內端面構成第二密封腔體；第一密封腔體和第二密封腔體之間為右活塞；在所述缸體側壁上設有與第一密封腔體相通的第一液體注入孔，第一液體注入孔用于與高壓源連接，所述右端蓋上設有與第二密封腔體相通的第二液體注入孔；頂桿穿過右端蓋，頂桿一部分位于第二密封腔體內且其相應端與右活塞連接，頂桿另一部分位于伸出缸體外部。

所述右活塞內部與右夾持件配合的表面為由外向內漸擴圓錐面，右上半錐形塊和右下半錐形塊的錐角與右活塞內部圓錐面的錐角相同；左活塞內部與左夾持件配合的表面為由外向內漸擴圓錐面，左上半錐形塊和左下半錐形塊的錐角與左活塞內部圓錐面的錐角相同。

所述左活塞的外端面上設有臺肩，實現與缸體左端面的限位連接。

第一導向支撐桿和第二導向支撐桿與左活塞螺紋連接。

所述第一導向支撐桿兩端與左活塞、右活塞連接處分別設有第一左階梯結構（限位擋臺）、第一右階梯結構；所述第二導向支撐桿兩端與左活塞、右活塞連接處分別設有第二左階梯結構（限位擋臺）、第二右階梯結構。

所述頂桿上與右活塞連接處設有頂桿階梯結構（限位擋臺）。

所述頂桿與右活塞螺紋連接，所述頂桿與位移傳感器連接。

一種利用上述測試裝置的三維應力狀態下板材成形性能測試方法，所述測試方法的實現過程如下：

步驟一、活塞摩擦力測試：在單向拉伸過程中，右活塞與缸體之間由于密封的存在，產生摩擦，加載在第一密封腔體內的壓力P1驅動無裝夾板材試樣的活塞運動，可驅動活塞運動的最小壓力Pm與活塞橫截面積的乘積既是活塞與缸體之間的摩擦力；

步驟二、制作金屬板材試樣：將原始厚度為t0的金屬板材根據標準切割出長條形單向拉伸試樣，板材試樣中間部分的寬度小于其兩端的寬度；

步驟三、夾緊金屬板材試樣；

步驟四、高壓缸裝配；