一種不鏽鋼極限拉深比測試方法及其對中裝置與流程

2023-05-23 00:04:11 1

本發明涉及一種不鏽鋼極限拉深比測試方法及其對中裝置。

背景技術：

拉深試驗系將圓片試樣壓置於凹模與壓邊圈之間，通過凸模對其進行拉深成形，以測定拉深杯體底部圓角附近的壁部不產生破裂時允許使用的最大試樣直徑(D0)max，試驗結束後，用測得的最大試樣直徑(D0)max除以凸模直徑dp計算極限拉深比LDR。

拉深試驗按試驗方法的不同分為拉深試驗（SWIFT試驗）和拉深載荷試驗（Englehard或TZP試驗），試驗結果分別用LDR與LDR(T)表示。

拉深試驗(SWIFT)系採用不同直徑的試樣，按照1.25mm級差逐級增大直徑的操作程序進行拉深衝壓試驗，直至按照一定規則找到杯體底部破裂時的直徑(D0)max，進而計算LDR值。

SWIFT試驗的試驗結果相對比較準確、穩定，但試驗時由於無法準確估計材料的LDR值，而且不同的材料其LDR結果相差較大，所以試驗時試樣尺寸大小不能事先確定，只能邊做試驗邊進行摸索，同時在每一尺寸下還需摸索壓邊力的大小以保證試樣既不起趨又能在凸模的拉深力作用下發生流動和拉深變形，這樣造成做一個LDR試驗結果可能需做約100個左右不同直徑試樣的拉深衝壓過程，不僅試樣加工困難，做試驗也會變得非常繁瑣。

拉深載荷試驗原理基於W.Engelhard提出的拉深潛力試驗方法，試驗相對SWIFT較簡單，但對試驗裝置要求較高。試驗裝置的壓邊圈需分為內、外壓邊圈，試驗時，先用外壓邊圈對試樣施加一定壓邊力，並通過凸模對試樣進行拉深，測出最大拉深力Fpmax，然後用內壓邊圈將試樣壓緊，通過凸模繼續加載，測定凹模內試樣底部圓角附近壁部發生破裂時的極限拉深力Fpf，不同直徑試樣的Fpmax所繪成的直線與不同直徑試樣的Fpf所繪成的直線的交點所對應的試樣直徑即為(D0)maxT。這樣的試驗裝置製造成本較高，性價比較低，市場也很難買到。

技術實現要素：

為了克服現有不鏽鋼極限拉深比測試方法的上述不足，本發明提供一種不鏽鋼極限拉深比測試方法，本方法測試不鏽鋼薄板材料極限拉深力和極限拉深比的效率高，簡化極限拉深比LDR的測試流程。

本發明的另一目的是提供一種拉深試驗用快速對中裝置。

本發明技術方案

1、極限拉深力測試方法及分析

拉深試驗過程中，拉深筒壁底部A點是試樣減薄最嚴重的區域，也是最容易破裂的地方，試樣筒壁A點所承受的拉深力F與凸模的頂件力P如圖1所示,圖1中左部為凸模，右上角為凹模，右下角是壓邊圈，試驗時凸模、凹模與圓片試樣的中心應在同一垂直線上。圓片試樣開始拉深時，由於凸凹模圓角半徑的存在，筒壁拉深力F不能平行於凸模運行方向，從而頂件力P與F並不相等，實際上P=Fcosθ。破裂時拉深杯體高度越高，θ值越小，cosθ越趨近於1。當拉深高度大於凸凹模圓角半徑之和後，θ變為0°，頂件力P與筒壁承受的拉深力F相等。

極限拉深力就是試驗時筒壁傳力區材料所能承受的最大拉應力，根據理論計算認為筒壁傳力區材料所能承受的最大拉應力如等式（1）所示，與材料的n、r值，抗拉強度，及材料厚度有關，與試樣的直徑大小無關。

式中：n—所試材料的應變硬化指數；r—所試材料的平麵塑性應變比；

—所試材料的抗拉強度；R—凸模直徑；—試樣厚度。

拉深試驗過程中可以測試得到頂件力的大小，所以拉深試樣至破裂，當拉深杯體高度大於凸凹模圓角半徑之和時，頂件力就等於材料所能承受的最大拉應力。

對於不鏽鋼而言，由於其脹形能力較強，最大力延伸率普遍較大，試驗時用較大試樣直徑（大約等於極限拉深比對應的試樣直徑）、較小壓邊力拉深試樣至破裂，得到的杯體高度基本都大於凸凹模圓角半徑之和（凸凹模圓角半徑以GB/T15825中規定為準），且不同試樣直徑、不同壓邊力、不同杯體高度下測得的極限拉深力大小基本一致，波動在5%之內，極限拉深力測試數據如表1所示。作為快速試驗，可以選用約等於極限拉深狀態的試樣直徑（不鏽鋼可選用試樣直徑為120mm），採用較小的壓邊力拉深至破裂，試驗時測得破裂時的最大頂件力作為極限拉深力。

表1

2、極限拉深比快速試驗方法及數據處理方法

對圓片狀試樣進行拉深時，試樣直徑與最大拉深力之間呈近似線性關係，試樣直徑增大，最大拉深力增大，當最大拉深力增大至材料所能承受的最大拉應力時，拉深試驗處於極限拉深狀態，這時的試樣直徑與凸模直徑的比值即為極限拉深比LDR。

有關材料手冊顯示，不鏽鋼材料的極限拉深比一般都大於1.9，按標準方法凸模直逕取50mm時，極限拉深狀態下試樣直徑應大於95mm。為了使快速拉深試驗結果更加準確，測量最大拉深力時，試樣應選用儘量接近極限拉深狀態下的直徑，如85mm、90mm、95mm。

因此，只要測試出試樣直徑與最大拉深力之間的關係曲線，並按本節第一條測試出試驗材料所能承受的極限拉深力，即可通過數據處理計算出極限試樣直徑(D0)max，從而計算出極限拉深比LDR。試樣直徑與拉深力關係見圖2。

借鑑上述理論原理，經過反覆試驗，結合不鏽鋼薄板成形性能特點，形成本發明的不鏽鋼極限拉深比測試方法。

本不鏽鋼極限拉深比測試方法的步驟依次如下：

Ⅰ 採用直徑分別為85mm、90mm、95mm三組不同直徑的試樣進行拉深成形試驗，每組內試件數量為4片，測試出每組試樣下的最大拉深力平均值。試樣直徑的加工誤差應不大於±0.05mm。

Ⅱ用同樣的精度加工4片直徑為120mm的試樣，採用較小的壓邊力（0kN-10kN），同樣進行拉深成形試驗，試驗過程中，允許柸體邊緣發生輕微起趨，測試試樣破裂時的極限拉深力平均值。

Ⅲ 用線性回歸方法求出最大拉深力平均值與相應試樣直徑的回歸直線方程。

繪製試樣直徑-拉深力曲線圖，如圖2所示。

Ⅳ用作圖法從曲線圖中求出兩條直線的交點M的橫坐標，即為最大直徑(D0)max。

Ⅴ用(D0)max除以凸模直徑dp即為極限拉深比LDR。

本發明的對中裝置

拉深試驗時，圓片試樣中心與凸模中心線應在一直線上，偏差不大於0.5mm。為了試驗操作方便，且保證試樣的對中性，以壓邊圈外圓為基準，以內圓直徑級差1.25mm為間隔，設置一系列環形裝置。環形裝置是一個環，環形裝置的28個外圓都是Ф132.8mm。

一套對中裝置包括有28個環形裝置。每個環形裝置的材料宜用軟而有一定韌性的硬紙片或塑料片，厚度在0.7-1.2mm之間，內圓與外圓的同心度應小於0.1mm，內圓直徑應以正公差0.05mm製作，如內圓直徑為85mm時，其製作直徑應在85mm～85.05mm之間，以保證容易對中放置或移開。試驗證明本對中裝置使用方便，操作簡單，可保證試樣的對中性滿足0.5mm要求。

本發明的有益效果

本不鏽鋼極限拉深比測試方法用於不鏽鋼拉深試驗操作簡單，既保證了拉深極限比試驗結果的相對準確性，又明顯簡化了操作流程。使檢測效率最少提高5倍。

拉深試驗試樣尺寸可以預先確定，改變了試樣尺寸需一邊試驗一邊確定的方式，試樣可以進行批量加工，提高了試樣製作效率。減少了試驗前確定壓邊力的預試驗次數以及尋找極限試樣直徑進行的摸索逼近試驗次數，改變了試驗流程不能預先確定的狀況，使試驗過程可以按照預定程序順利完成。

本中心對中裝置適用於當前成形試驗機進行拉深試驗時試樣與凸凹模之間的中心對中，保證了拉深試驗時圓片試樣中心與試驗機凸凹模中心的對中性，操作簡單易行，保障了拉深試驗的順利進行。

附圖說明

圖1是極限拉深力測試方法及分析示意圖。

圖2是試樣直徑與拉深力關係圖。

圖3是對中裝置主視圖。

圖4是對中裝置沿徑向剖開示意圖。

圖5是實施例試樣直徑-拉深力曲線圖。

具體實施方式

下面結合實施例及其附圖詳細說明本發明的具體實施方式,但本發明的具體實施方式不局限於下述的實施例,下面的實施例不是對本發明的限制。

方法實施例

本不鏽鋼極限拉深比測試方法實施例的步驟依次如下：

Ⅰ在一塊規格厚度為1.0mm的430不鏽鋼薄板坯料上，製取直徑分別為85mm、90mm、95mm的圓片試樣各四片，其外徑加工公差不大於±0.05mm。測試出每組試樣下的最大拉深力平均值、、。

最大拉深力的測試步驟如下：

a 開啟薄板衝壓試驗機及拉深試驗控制軟體。

b 取本發明中的內徑為85mm的環形裝置（對中裝置中第一個環形裝置）放置於下壓邊圈上，將直徑為85mm的試樣放置於對中裝置中，同時移動試樣及環形裝置，仔細將環形裝置的外圓與壓邊圈上的金屬圈對正。

c 壓邊力設置為0kN，衝壓速率設置為0.16～1.2mm/s。

d 啟動試驗機對試樣進行拉深衝壓，同時繪製衝壓力-衝壓位移曲線，柸體拉深完全脫離壓邊圈後，停止試驗（杯體邊緣應無起趨發生，如果起趨現象時，需略增大壓邊力重新試驗）。

e 從衝壓力-衝壓位移曲線測出衝壓過程中的最大衝壓力為44.08kN。

f 重複b—e的步驟，對其餘11片直徑為85mm、90mm、95mm的試樣進行拉深試驗，測出最大衝壓力分別為：直徑為85mm試樣，43.31 kN、42.73 kN、42.95 kN；直徑為90mm試樣，52.66 kN、53.29kN、52.95kN、52.70kN；直徑為95mm試樣，63.99 kN、64.56kN、64.85kN、66.33kN。最大拉深力平均值分別為43.27 kN、52.90 kN、64.93 kN。

Ⅱ用同樣的精度加工4片直徑為120mm的試樣，採用較小的壓邊力（0kN-10kN），同樣進行拉深成形試驗，試驗過程中，允許柸體邊緣發生輕微起趨，測試試樣破裂時的極限拉深力平均值。

具體測試步驟如下：

a使用內徑為120mm的環形裝置將一個直徑為120mm的試樣按步驟Ⅰ中b-e的方式在薄板衝壓試驗機上對中放置。

b壓邊力設置為5kN，衝壓速率設置為0.16～1.2mm/s。

c啟動衝壓試驗機對試樣進行拉深衝壓，同時繪製衝壓力-衝壓位移曲線，柸體底部圓角部位發生破裂時，停止試驗（柸體邊緣允許有起趨現象發生）。

d記錄衝壓破裂時的極限拉應力為：84.54 kN。

e重複步驟a-d，測出其餘三個直徑為120mm試樣的極限拉應力分別為：82.39 kN、82.70kN、85.06kN。極限拉深力平均值 為83.67kN。

Ⅲ 用線性回歸方法求出最大拉深力平均值 與相應試樣直徑的回歸直線方程。

具體方法如下：

a以試樣直徑為X坐標，最大衝壓力為Y坐標，對直徑為85mm、90mm、95mm試樣的最大拉深力平均值用最小二乘法進行線性回歸擬合，擬合得到的直線方程為：Y=2.166X-141.24，相關係數R2=0.9959。

Ⅳ繪製試樣直徑-拉深力曲線圖，如圖5所示。

Ⅴ用作圖法從曲線圖中求出兩條直線的交點M的橫坐標，即為最大直徑(D0)max。從圖5中可求得最大直徑(D0)max=103.84mm。

Ⅵ用(D0)max除以凸模直徑dp即為極限拉深比LDR

凸模直徑為50mm，用103.84除以50，得到1.0mm規格430不鏽鋼的極限拉深比為2.08。

對中裝置實施例

在本實施例中一套對中裝置包括有28個環形裝置。每個環形裝置的材料宜用軟而有一定韌性的硬紙片或塑料片，厚度為1.2mm。內圓3與外圓2的同心度應小於0.1mm，內圓3直徑應以正公差0.05mm製作，如內圓3直徑為85mm時，其製作直徑應在85mm～85.05mm之間，以保證容易對中放置或移開。

本實施例的對中裝置1為28個。對中裝置1外圓2的直徑為Ф132.8 mm（與設備壓邊圈的金屬圈相配）。每個對中裝置1見圖3與圖4。

對中裝置1的28個內圓3的直徑分別是Ф85 mm，Ф86 .25mm，Ф87.5 mm，Ф88.75 mm，Ф90mm，Ф91.25mm，Ф92.5mm，Ф93.75mm，Ф95mm，Ф96.25mm，Ф97.5mm，Ф98.75mm，Ф100mm，Ф101.25mm，Ф102.5mm，Ф103.75mm，Ф105mm，Ф106.25mm，Ф108.5mm，Ф110mm，Ф111.25 mm，Ф112.5 mm，Ф113.75 mm，Ф115 mm，Ф116.25 mm，Ф117.5mm，Ф118.75 mm，Ф120 mm。對應28種試樣。