一种薄金属板凸缘各向异性测试方法与流程

1.本技术涉及材料力学性能检测技术领域，特别地，涉及一种薄金属板凸缘各向异性测试方法。


背景技术：

2.薄金属板的冲压成型性能决定了其可选择的加工方式和应用范围，其中，高延伸率和高硬化性能的薄金属板适用于冲压和液压胀形等加工方式，可以用于制造具有复杂形状的薄壁零件和拉深罐体等，比如汽车外覆盖件、内板件、油箱、电池壳、微电机外壳、液晶背板和冰箱洗衣机壳体等，而低延伸率的薄金属板则适合采用折弯、辊压和冲压等加工方法，可以用于制造各种变形量要求不大的零件，比如各种纵梁、横梁、支撑件、罐体侧壁和印花底板等。
3.当高延伸率的薄金属板采用拉深成形的冲压方式进行加工时，其各向异性在一定程度上会影响材料的加工使用性能，各向异性明显的材料在拉深成形过程中存在更明显的制耳现象，使得加工筒状零件时容易出现外沿收缩不均匀和帽沿形状差的问题。薄金属板的各向异性来源于轧制过程中的有向性，难以避免，因此需要对薄金属板的各向异性进行评估。
4.目前，主要通过拉伸试验和制耳试验对薄金属板的各向异性进行评估，关于拉伸试验，通常进行0
°
、45
°
、90
°
三个方向的拉伸试验，得到材料三个典型方向的r值，并且计算各向异性指数δr值，δr值的计算公式如下：
[0005][0006]
，其中，δr为各向异性指数，δ0为0
°
方向的r值，δ
90
为90
°
方向的r值，δ
45
为45
°
方向的r值；关于制耳试验，参见图1，图1示出了经过拉深后的杯状试样示意图，一般通过模拟材料的拉深过程，以检测杯状试样制耳峰的平均高度和制耳谷的平均高度从而计算出平均制耳高度和材料的制耳率，平均制耳高度和材料的制耳率的计算公式如下：
[0007]
，
[0008]
，
[0009]
其中，为平均制耳高度，为制耳峰的平均高度，为制耳谷的平均高度，z为材料的制耳率。在制耳试验的试样深冲拉深过程中，随着材料的流入，试样压边部位的面积逐渐减小，单位表面的压边力会越来越大，容易导致制耳被压扁，测量误差变大，并且制耳越厉害情况越严重。此外，在测量制耳峰和制耳谷的高度时，其测量接触点在杯底和杯沿，二者连线与制耳峰和制耳谷的高度方向不一致，容易带来较大的测量误差。
[0010]
申请内容
[0011]
本技术的实施例提供了一种薄金属板凸缘各向异性测试方法，进行制耳试验时，将制备杯状试样改变为制备帽状试样，保留了一定宽度的压边部位，避免了试样压边部位承受较大压边力和制耳被压扁，降低了测量误差，提高了测量准确性。
[0012]
本技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本技术的实践而习得。
[0013]
根据本技术实施例的第一方面，提供了一种薄金属板凸缘各向异性测试方法，包括：
[0014]
获取圆片状的试样；
[0015]
将圆片状的试样通过深冲拉深的方法制备成帽状试样；
[0016]
检测帽状试样帽沿的最大外径和最小外径；
[0017]
根据帽状试样帽沿的最大外径和最小外径，判断试样各向异性。
[0018]
在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述将圆片状的试样通过深冲拉深的方法制备成帽状试样，包括：
[0019]
获取预设压边力和预设拉深深度；
[0020]
按照厚度方向同轴放置的方式，从下到上依次放置圆柱环状的凹模、试样和圆柱环状的上压边模，通过上压边模对试样施加预设压边力；
[0021]
通过圆柱形冲头沿试样厚度方向对试样进行预设拉深深度的冲制加工，得到帽状试样，所述圆柱形冲头和试样同轴设置。
[0022]
在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述圆柱形冲头的直径、两倍试样厚度和两倍模具间隙之和等于凹模的内径，所述模具间隙为试样厚度的0.1到0.3倍。
[0023]
在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述预设拉深深度和圆柱形冲头直径之和小于试样的直径。
[0024]
在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述试样的直径为圆柱形冲头直径的2.2到2.5倍。
[0025]
在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述预设拉深深度为圆柱形冲头直径的0.45倍。
[0026]
在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述判断试样各向异性通过检测参数进行判断，所述检测参数包括直径差值和凸缘各向异性系数。
[0027]
在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述直径差值为帽状试样帽沿的最大外径和最小外径的差值，所述凸缘各向异性系数为直径差值和帽状试样帽沿的最小外径的比值。
[0028]
在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述获取圆片状的试样通过冲裁或激光切割或线切割的方式得到。
[0029]
在本技术的一些实施例中，基于前述方案，在所述试样接触凹模和上压边模的位置涂抹润滑油脂和或在所述凹模和上压边模接触所述试样的位置放置润滑薄膜。
[0030]
在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述获取预设压边力，包括：
[0031]
按照厚度方向同轴放置的方式，从下到上依次放置圆柱环状的凹模、试样和圆柱环状的上压边模，通过上压边模对试样施加压边力；
[0032]
通过圆柱形冲头沿试样厚度方向对试样进行预设拉深深度的冲制加工，得到帽状
试样，所述圆柱形冲头和试样同轴设置；
[0033]
以上压边模对试样施加的压边力为变量，重复上述步骤，观察试样的冲制情况，得到正常压边力和起皱压边力，所述正常压边力为试样的冲制速度等于圆柱形冲头的冲击速度的最小力，所述起皱压边力为试样起皱的最小力，所述正常压边力和起皱压边力之间的力为预设压边力。
[0034]
在本技术的一些实施例中，将制备杯状试样改变为制备帽状试样，保留了一定宽度的压边部位即帽状试样的帽沿部分，避免了试样压边部位承受较大压边力和制耳被压扁，降低了测量误差，提高了测量准确性。
[0035]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
[0036]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0037]
图1示出了经过拉深后的杯状试样示意图；
[0038]
图2示出了本技术实施例中种薄金属板凸缘各向异性测试方法的流程图；
[0039]
图3示出了本技术实施例中制备帽状试样的示意图；
[0040]
图4示出了本技术实施例中帽状试样的俯视示意图。
具体实施方式
[0041]
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本技术将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
[0042]
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本技术的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本技术的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本技术的各方面。
[0043]
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
[0044]
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
[0045]
需要说明的是：在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0046]
需要注意的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的对象在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0047]
图2示出了本技术实施例中种薄金属板凸缘各向异性测试方法的流程图，图3示出了本技术实施例中制备帽状试样的示意图，图4示出了本技术实施例中帽状试样的俯视示意图，图3中，1为圆柱形冲头，2为上压边模，3为凹模，4为试样，参见图2、图3和图4，本技术实施例提供了种薄金属板凸缘各向异性测试方法，至少包括s1到s4，详细介绍如下：
[0048]
在步骤s1中，获取圆片状的试样。
[0049]
在本技术中，可以通过冲裁或激光切割或线切割的方式得到圆片状的试样，也可以通过上述方式配合得到。
[0050]
在步骤s2中，将圆片状的试样通过深冲拉深的方法制备成帽状试样。
[0051]
在本技术中，帽状试样由筒状的帽底和环状的帽沿组成。
[0052]
在步骤s3中，检测帽状试样帽沿的最大外径和最小外径。
[0053]
在步骤s4中，根据帽状试样帽沿的最大外径和最小外径，判断试样各向异性。
[0054]
具体地，所述将圆片状的试样通过深冲拉深的方法制备成帽状试样，包括：
[0055]
获取预设压边力和预设拉深深度；
[0056]
按照厚度方向同轴放置的方式，从下到上依次放置圆柱环状的凹模、试样和圆柱环状的上压边模，通过上压边模对试样施加预设压边力；
[0057]
通过圆柱形冲头沿试样厚度方向对试样进行预设拉深深度的冲制加工，得到帽状试样，所述圆柱形冲头和试样同轴设置。
[0058]
具体地，凹模的内侧上端可以设置圆角，方便试样沿圆角进行冲制。
[0059]
在本技术中，所述圆柱形冲头的直径、两倍试样厚度和两倍模具间隙之和等于凹模的内径，所述模具间隙可以为试样厚度的0.1到0.3倍。
[0060]
在本技术中，所述预设拉深深度和圆柱形冲头直径之和小于试样的直径。
[0061]
在本技术中，所述试样的直径为圆柱形冲头直径的2.2到2.5倍。
[0062]
在本技术中，所述预设拉深深度为圆柱形冲头直径的0.45倍。
[0063]
在本技术中，所述判断试样各向异性通过检测参数进行判断，所述检测参数包括直径差值和凸缘各向异性系数。
[0064]
在本技术中，所述直径差值为帽状试样帽沿的最大外径和最小外径的差值，所述凸缘各向异性系数为直径差值和帽状试样帽沿的最小外径的比值。
[0065]
具体地，所述直径差值可以通过如下公式进行计算：
[0066]de
＝d
max
―d
min
[0067]
，其中，de为直径差值，d
max
为帽状试样帽沿的最大外径，d
min
为帽状试样帽沿的最小外径。
[0068]
所述凸缘各向异性系数可以通过如下公式进行计算：
[0069]
，
[0070]
其中，ze为凸缘各向异性系数，de为直径差值，d
min
为帽状试样帽沿的最小外径。
[0071]
在本技术中，在所述试样接触凹模和上压边模的位置涂抹润滑油脂和或在所述凹模和上压边模接触所述试样的位置放置润滑薄膜。
[0072]
具体地，涂抹润滑油脂或放置润滑薄膜，可以保证试样顺利完成冲制，减少试样和上压边模、凹模之间的摩擦。
[0073]
在本技术中，所述获取预设压边力，包括：
[0074]
按照厚度方向同轴放置的方式，从下到上依次放置圆柱环状的凹模、试样和圆柱环状的上压边模，通过上压边模对试样施加压边力；
[0075]
通过圆柱形冲头沿试样厚度方向对试样进行预设拉深深度的冲制加工，得到帽状试样，所述圆柱形冲头和试样同轴设置；
[0076]
以上压边模对试样施加的压边力为变量，重复上述步骤，观察试样的冲制情况，得到正常压边力和起皱压边力，所述正常压边力为试样的冲制速度等于圆柱形冲头的冲击速度的最小力，所述起皱压边力为试样起皱的最小力，所述正常压边力和起皱压边力之间的力为预设压边力。
[0077]
具体地，试样的冲制速度为试样在圆柱形冲头作用下的运动速度，可以理解为图3中试样的下落速度，圆柱形冲头的冲击速度为圆柱形冲头对试样的冲制速度，可以理解为图3中圆柱形冲头的下落速度，当前者大于后者，表明圆柱形冲头没有充分对试样施加冲击力，所述预设压边力可以保证圆柱形冲头对试样进行正常冲压并且避免试样起皱，影响检测结果。
[0078]
综上所述，将制备杯状试样改变为制备帽状试样，通过减少拉深深度的方式，保留了一定宽度的压边部位即帽状试样的帽沿部分，避免了试样压边部位承受较大压边力和制耳被压扁，降低了测量误差，提高了测量准确性。
[0079]
为了更好地理解本技术实施例，提供一个具体示例如下：
[0080]
获取圆片状的试样，试样的厚度为1.0mm，外径为66mm，获取预设压边力和预设拉深深度，按照厚度方向同轴放置的方式，预设压边力为8000到15000n，预设拉深深度为14.85mm，从下到上依次放置圆柱环状的凹模、试样和圆柱环状的上压边模，所述凹模内径为36.52mm，圆角半径为5mm，通过上压边模对试样施加预设压边力，通过圆柱形冲头沿试样厚度方向对试样进行预设拉深深度的冲制加工，得到帽状试样，所述圆柱形冲头和试样同轴设置，所述圆柱形冲头的外径为33mm，圆角半径为3.3mm，取下帽状试样，检测帽状试样帽沿的最大外径d
max
和最小外径d
min
，计算直径差de和凸缘各向异性系数ze，重复进行试验5次，计算ze的平均值，将其作为材料凸缘各向异性的评价指标。
[0081]
本技术可以避免制耳被压扁带来的形状测量误差，提高了试验的可靠性，并且帽沿直径测量比杯高测量更准确方便，减少了测量的人为误差。
[0082]
应该注意的是上述实施例对本技术进行说明而不是对本技术进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本技术可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名
称。
[0083]
以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种薄金属板凸缘各向异性测试方法，其特征在于，包括：获取圆片状的试样；将圆片状的试样通过深冲拉深的方法制备成帽状试样；检测帽状试样帽沿的最大外径和最小外径；根据帽状试样帽沿的最大外径和最小外径，判断试样各向异性。2.根据权利要求1所述的一种薄金属板凸缘各向异性测试方法，其特征在于，所述将圆片状的试样通过深冲拉深的方法制备成帽状试样，包括：获取预设压边力和预设拉深深度；按照厚度方向同轴放置的方式，从下到上依次放置圆柱环状的凹模、试样和圆柱环状的上压边模，通过上压边模对试样施加预设压边力；通过圆柱形冲头沿试样厚度方向对试样进行预设拉深深度的冲制加工，得到帽状试样，所述圆柱形冲头和试样同轴设置。3.根据权利要求2所述的一种薄金属板凸缘各向异性测试方法，其特征在于，所述圆柱形冲头的直径、两倍试样厚度和两倍模具间隙之和等于凹模的内径，所述模具间隙为试样厚度的0.1到0.3倍。4.根据权利要求2所述的一种薄金属板凸缘各向异性测试方法，其特征在于，所述预设拉深深度和圆柱形冲头直径之和小于试样的直径。5.根据权利要求2所述的一种薄金属板凸缘各向异性测试方法，其特征在于，所述试样的直径为圆柱形冲头直径的2.2到2.5倍。6.根据权利要求2所述的一种薄金属板凸缘各向异性测试方法，其特征在于，所述预设拉深深度为圆柱形冲头直径的0.45倍。7.根据权利要求1所述的一种薄金属板凸缘各向异性测试方法，其特征在于，所述判断试样各向异性通过检测参数进行判断，所述检测参数包括直径差值和凸缘各向异性系数，所述直径差值为帽状试样帽沿的最大外径和最小外径的差值，所述凸缘各向异性系数为直径差值和帽状试样帽沿的最小外径的比值。8.根据权利要求1所述的一种薄金属板凸缘各向异性测试方法，其特征在于，所述获取圆片状的试样通过冲裁或激光切割或线切割的方式得到。9.根据权利要求2所述的一种薄金属板凸缘各向异性测试方法，其特征在于，在所述试样接触凹模和上压边模的位置涂抹润滑油脂和或在所述凹模和上压边模接触所述试样的位置放置润滑薄膜。10.根据权利要求2所述的一种薄金属板凸缘各向异性测试方法，其特征在于，所述获取预设压边力，包括：按照厚度方向同轴放置的方式，从下到上依次放置圆柱环状的凹模、试样和圆柱环状的上压边模，通过上压边模对试样施加压边力；通过圆柱形冲头沿试样厚度方向对试样进行预设拉深深度的冲制加工，得到帽状试样，所述圆柱形冲头和试样同轴设置；以上压边模对试样施加的压边力为变量，重复上述步骤，观察试样的冲制情况，得到正常压边力和起皱压边力，所述正常压边力为试样的冲制速度等于圆柱形冲头的冲击速度的最小力，所述起皱压边力为试样起皱的最小力，所述正常压边力和起皱压边力之间的力为
预设压边力。

技术总结
本申请公开了一种薄金属板凸缘各向异性测试方法，包括：获取圆片状的试样；将圆片状的试样通过深冲拉深的方法制备成帽状试样；检测帽状试样帽沿的最大外径和最小外径；根据帽状试样帽沿的最大外径和最小外径，判断试样各向异性。本申请避免了试样压边部位承受较大压边力和制耳被压扁，降低了测量误差，提高了测量准确性。准确性。准确性。


技术研发人员：祝洪川 胡宽辉 孟庆格 王俊霖 杜小峰 彭文杰 黄先球 谭文
受保护的技术使用者：武汉钢铁有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/20