本發明涉及沖壓成形領域，特別涉及測量非線性應變路徑下的沖壓成形極限試驗裝置及其試驗方法。

背景技術：

沖壓成形零件在抗碰撞性能、耐蝕性能和成本控制方面具有明顯優勢，是在保證安全性的前提下實現車身輕量化的最有效途徑。沖壓成形技術具有以下特點：①成形件的強度更高，屈服強度可達1100MPa，抗拉強度可達1500MPa；②幾乎無回彈，零件精度更高，成形質量更好；③高溫下材料塑性好，能一次成形更復雜的零件，可減少模具數量和成形工序。沖壓技術可有效避免鋼板在常溫下成形具有回彈量大、成形性差的缺陷，已逐漸成為車身應用的主流趨勢。

高溫下金屬材料的彈性模量及抗拉強度下降，且板料與模具間的摩擦系數增大，破裂在沖壓成形中是最主要的成形缺陷。工業生產和學術研究中，通常都采用成形極限對沖壓過程中的破裂進行有效預測。

非線性應變路徑下的成形極限與線性應變路徑下的成形極限具有一定的差異，實際沖壓過程中，幾乎所有區域的應變路徑均屬于非線性應變路徑，僅極少的區域近似于線性應變路徑，因此測量鋼板的非線性應變路徑下的成形極限，意義非常重要。線性應變路徑的冷、熱成形極限均可基于Nakazima試驗完成，區別就在于熱成形極限的測試過程中額外增加了一個保溫裝置；但是傳統的非線性應變路徑的冷成形極限測試需要進行預拉伸操作再進行沖壓試驗，通過預拉伸的方向和程度得到不同應變路徑下的成形極限，這兩個過程需要在兩套不同的設備中完成。由于沖壓成形過程中鋼板的溫度高達幾百攝氏度，如果實驗過程中途進行了卸載、換模具等操作，則鋼板將因溫度發生較大變化(因熱輻射等引起溫度快速下降)而發生組織相變最終改變材料性能。因此，在同一套實驗裝置中測量非線性應變路徑下的成形極限具有非常重要的實際意義。

技術實現要素：

本發明針對上述技術問題，提出一種根據上述提出的傳統成形極限測試裝置和測試方法不能實現非線性應變路徑下的沖壓成形極限測試等技術問題，而提供一種能夠用于非線性應變路徑下的成形極限的測試裝置及其其測試(或者試驗)方法。

本發明主要利用一個數控三維激光頭在沖壓成形過程中對金屬板材進行試樣局部切割，從而改變金屬板材的受力狀態，實現變形區域應變路徑的轉變，最終實現非線性應變路徑成形極限的測試。

為達到以上目的，通過以下技術方案實現的：

測量非線性應變路徑下的沖壓成形極限試驗裝置，包括：上模架、導套、導柱、凹模固定板、連接體、凹模、下模架、保壓裝置、壓邊圈、數控三維激光頭和凸模；

下模架固定于預設的裝置基座上，凸模可拆卸裝配于下模架中部；

壓邊圈通過保壓裝置支撐設置于凸模正上方；

上模架固定于頂部下壓機構上；

上模架與下模架之間通過多根導柱實現垂直導向，即上模架在導柱的導向作用下可縱向移動；

導套裝配于上模架與導柱配合位置；

凹模固定板固定于下模架下端面；

連接體為中部開放式的連接架體結構，且固定于凹模固定板下端面；

凹模固定于連接體底端面，即凹模與壓邊圈之間間隙用于夾持試驗樣件；

其中，連接體、凹模、壓邊圈和凸模中心同軸；數控三維激光頭設置于凹模上方的連接體內部開放空間內。

優選為，將凸模和凹模均設計成中空形狀，并讓邊部能夠完全貼合。

測量非線性應變路徑下的沖壓成形極限試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：

S1.將金屬板材進行切割，形成能夠在凹模與壓邊圈之間穩定夾持的試驗樣件；

S2.將試驗樣件放置于壓邊圈上端面；

S3.通過控制下壓機構促使凹模以固定速度下移，下移過程中凹模與凸模將試驗樣件夾緊并使樣件變形，直至達到預變形所需的位移；

S4.保持壓力不變，控制激光切割頭在試驗樣件上沿著預設的切割形狀進行切割；

S5.繼續讓凹模以同樣的固定速度下移，直至試驗樣件出現裂口；

S6.取出試驗樣件，并根據裂口周圍區域進行主應變和次應變的測量，最終得到一個非線性應變路徑下的成形極限點；

S7.重復S1-S6的步驟，通過改變步驟S4中的切割形狀，形成不同的非線性應變路徑，最終可實現初始應變路徑相同，次段應變路徑不同的非線性應變路徑下的成形極限；

S8.重復S1-S7的步驟，通過改變步驟S3中的預變形位移，實現初始應變路徑不同，次段應變路徑不同的非線性應變路徑下的成形極限。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚的說明本發明的實施例或現有技術的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

本發明共7幅附圖,其中：

圖1為本發明的整體結構示意圖。

圖2為本發明所采用的初始金屬板材試驗樣件形狀。

圖3為本發明所采用的金屬板材試樣切割形狀示意圖。

圖4為本發明所采用的凹模結構剖面圖。

圖5為本發明所采用的凹模三維結構示意圖。

圖6為本發明所采用的凸模結構剖面圖。

圖7為本發明所采用的凸模三維結構示意圖。

具體實施方式

如圖1、圖4、圖5、圖6和圖7所示的一種測量非線性應變路徑下的沖壓成形極限試驗裝置，包括：上模架1、導套2、導柱3、凹模固定板4、連接體5、凹模6、下模架9、保壓裝置8、壓邊圈7、數控三維激光頭11和凸模14；

下模架9固定于預設的裝置基座上，凸模14可拆卸裝配于下模架9中部；

壓邊圈7通過保壓裝置8支撐設置于凸模14正上方；

上模架1固定于頂部下壓機構15上；

上模架1與下模架9之間通過多根導柱3實現垂直導向，即上模架1在導柱3的導向作用下可縱向移動；

導套2裝配于上模架1與導柱3配合位置；

凹模固定板4固定于下模架9下端面；

連接體5為中部開放式的連接架體結構，且固定于凹模固定板4下端面；

凹模6固定于連接體5底端面，即凹模6與壓邊圈7之間間隙用于夾持試驗樣件13；

其中，連接體5、凹模6、壓邊圈7和凸模14中心同軸；數控三維激光頭11設置于凹模6上方的連接體5內部開放空間內。

優選為，將凸模和凹模均設計成中空形狀，并讓邊部能夠完全貼合。

測量非線性應變路徑下的沖壓成形極限試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：

S1.將金屬板材進行切割，形成能夠在凹模6與壓邊圈7之間穩定夾持的試驗樣件如圖2和圖3所示；

S2.將試驗樣件放置于圖1所示壓邊圈7上端面；

S3.通過控制下壓機構促使凹模6以固定速度下移，下移過程中凹模6與凸模14將試驗樣件夾緊并使樣件變形，直至達到預變形所需的位移；

S4.保持壓力不變，控制激光切割頭在試驗樣件上沿著預設的切割形狀進行切割；

S5.繼續讓凹模6以同樣的固定速度下移，直至試驗樣件出現裂口；

S6.取出試驗樣件，并根據裂口周圍區域進行主應變和次應變的測量，最終得到一個非線性應變路徑下的成形極限點；

S7.重復S1-S6的步驟，通過改變步驟S4中的切割形狀，形成不同的非線性應變路徑，最終可實現初始應變路徑相同，次段應變路徑不同的非線性應變路徑下的成形極限；

S8.重復S1-S7的步驟，通過改變步驟S3中的預變形位移，實現初始應變路徑不同，次段應變路徑不同的非線性應變路徑下的成形極限。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。