专利名称：实现多种变形状态的薄板冲压表面损伤试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属薄板冲压成形技术领域的装置，具体涉及的是可以实现多种变形状态的薄板冲压表面损伤试验装置。
背景技术：
节能、环保、安全成为当今汽车发展的三大主题，使得汽车的轻量化成了必然选择。而先进高强钢板以其优良的综合力学性能，集轻质、优良的防撞性和经济性于一体，成为汽车轻量化的首选材料，也是轻量化材料中的一个研究热点。先进高强钢薄板在冲压成形时主要障碍之一是出现成形件表面损伤现象，这是由于强度级别升高，在成形过程中需要更大的压边力，因此钢板/模具界面承受高的接触压力和剪切力，同时界面温度升高明显。这将导致钢板/模具界面润滑油易于失效，进而造成钢板表面和模具表面直接接触，在高的压力下诱发了高强钢板表面损伤，表面质量恶化。表面损伤缺陷影响着冲压件表面质量，又会使模具发生更严重的磨损，降低模具寿命，造成因修模而提高制造成本；零件表面损伤缺陷也会降低其性能，如碰撞安全性、抗腐蚀性、抗疲劳性等；表面损伤缺陷也使成形时安全裕度变小，降低了冲压工艺的稳定性，致使废品率上升。通过减少这种缺陷，可以提高产品质量和成品率，延长模具寿命，降低制造成本。目前研究薄板冲压表面损伤的常用试验方法是拉深筋方法或U形件弯曲方法。对于先进高强钢板成形而言，模具不存在拉深筋结构，拉深筋方法无法模拟先进高强钢板真实冲压成形情况。U形件弯曲方法只能模拟零件纯弯曲条件下成形件直边部分的表面损伤情形，不能模拟在模具转角部分压缩条件下的表面损伤情形。而先进高强钢板成形时，不仅不带拉深筋结构，而且存在拉伸一弯曲和压缩等多种变形状态。经过对现有技术的文献检索发现，中国申请专利号200610027090. 9，名称为汽车板表面拉毛缺陷诱发装置，该技术提及一种汽车板表面拉毛缺陷诱发装置，该试验方法使用的带拉深筋的方盒件；中国专利申请号200610023240. 9，名称为模拟汽车板料表面拉毛缺陷的方法，该技术提及一种车辆工程技术领域的模拟汽车板表面拉毛缺陷的方法，所使用的试验方法是一种带拉深筋的浅底锥台盒件。上述两个技术存在不足是均使用带拉深筋的方盒件和浅底锥台盒件，不能用于不带拉深筋且塑性差的先进高强钢薄板冲压表面损伤研究。
发明内容
为了研究并解决先进高强钢薄板在成形过程中的表面损伤缺陷，本发明提供了一种能实现多种变形状态的薄板冲压表面损伤试验装置。此装置既能模拟先进高强钢薄板冲压件直边部分的多种拉伸一弯曲条件下的表面损伤，又能模拟出其发生在模具转角处多种压缩条件下的表面损伤情形。本发明通过以下技术方案实现，本发明包括拉伸夹头、上模座、上模镶块、上模辅助块、下模座、下模镶块、下模辅助块，其中上模镶块与上模辅助块通过销钉连接，上模辅助块用螺钉固定于上模座，下模镶块与下模辅助块通过销钉连接，下模辅助块用螺钉固定于下模座，上下模通过螺钉连接合模。上模镶块表面有凹槽结构，通过凹槽结构形式实现多种变形状态，即包含多种拉伸一弯曲变形状态和压缩变形状态。所述上下模座均采用45钢，调质处理。上模座上有四个螺纹通孔，下模座对应有四个螺纹闭孔，合模时用螺钉拧紧。下模座通过四个螺栓，固定于试验工作台上。所述上下模镶块均采用模具钢DC53，经TD覆层处理，硬度为60-62HRC。除上模镶块上有凹槽外，上下镶块轮廓结构尺寸相同，外形呈工字形。所述上下模辅助块均采用45钢，调质处理，上下模辅助块均分为左右两块，呈T字形，与工字形的镶块配合，再分别与上下模座固定，分别对上下镶块起横向定位作用。所述销钉分布于工字形镶块主体部位，左右各两个。所述上模镶块表面有凹槽结构，采用平行凹槽结构，可实现薄板拉伸一弯曲变形状态的冲压表面损伤试验；采用梯形凹槽结构，可实现薄板压缩变形状态的冲压表面损伤试验，且压缩比取决与梯形角度；
本发明工作时，分别将上下模的T形左右辅助块与工字形镶块通过四个销钉连接起来，再将它们用螺钉，分别固定于上下模座，放置板材后，用螺钉将上下模合上拧紧，进行薄板冲压表面损伤试验。本发明相比现有技术具有以下优点本发明用包括拉伸-弯曲条件和压缩条件在内的可实现多种应变路径的试验装置，模拟先进高强钢板成形时的应变状态，来研究薄板冲压表面损伤缺陷，即可研究发生在直边部分的表面损伤情形，又可研究发生在转角处的表面损伤情形，实现了多种应变路径下薄板冲压表面损伤研究；本发明采用组合镶块式的， 一方面可以根据应变状态研究的需要，更换镶块，在功能上可以做到一模多用，另一方面当镶块磨损到一定程度，可以通过更换镶块的方法，使得模具可以继续使用，寿命延长，成本降到最低。
图1为本发明结构示意图； 图2为局部放大图3为上模镶块表面凹槽结构； 图4为模拟原理图； 图5为本发明一实施例实施示意图； 图6为实施例结果图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例1
本实施例采用如图1的试验装置，其中上模镶块3表面凹模结构为如图3中的平行式结构，研究拉伸一弯曲变形状态下薄板DP780CR冲压表面损伤情况，本实施例中先进高强钢板2在试验中的形状如图2所示，模拟成形过程(如图4)中先进高强钢板拉伸一弯曲变形状态。如图5所示，图中拉伸夹头1、先进高强钢板2、上模座7、上模镶块3、上模辅助块 5、下模座8、下模镶块11、下模辅助块9，其中上模镶块3与上模左右辅助块5通过销钉10 连接，上模辅助块5用螺钉4固定于上模座7，下模镶块11与下模左右辅助块9通过销钉4 连接，下模辅助块9用螺钉4固定于下模座8，上下模通过螺钉6连接合模。所述先进高强钢板2采用DP780CR，其板厚1. 2mm,宽52mm。所述上模座7和下模座8均采用45钢，调质处理。上模座7上有四个螺纹通孔， 下模座8对应有四个螺纹闭孔，合模时用螺钉6拧紧。下模座8通过四个螺栓，固定于试验工作台上。所述上模镶块3和下模镶块11均采用模具钢DC53，经TD热处理，硬度为 60-62HRC。除上模镶块3上有凹槽，下模镶块11上没有凹槽外，上模镶块3和下模镶块11 的结构尺寸相同，呈工字形。所述上模镶块3根据先进高强钢板2的板厚和宽度，选择相应的尺寸，其上的凹槽结构形式为平行式结构，其深1. 10mm，宽52mm。所述上模辅助块5和下模辅助块9均采用45钢，调质处理，上模辅助块5和下模辅助块9均分为左右两块，呈T字形，分别与工字形的上模镶块5和下模镶块9配合，起横向定位作用。所述销钉10分布于工字形镶块3 (或11)主体部位，左右各两个，直径Φ 8mm。本实施例工作时，将上模T形左右辅助块5与上模工字形镶块3用四个销钉10连接，下模的T形左右辅助块9与下模工字形镶块11用四个销钉连接，再将它们分别用螺钉4 固定在上模座7和下模座8上；先放置板材DP780CR后，用螺钉6将上下模座合上并拧紧， 拉伸夹头1加紧板材上端，启功试验机，以拉伸速度lOmm/s进行DP590钢板冲压表面损伤试验。重复10次DP590钢板冲压表面损伤试验。试验结束后，用粗糙度测试仪测量表面损伤最大深度，实测结果如图6中曲线所示。实施例2
本实施例操作装置采用如图1的试验装置，其中上模镶块3表面凹模结构为如图3中的梯形式结构，研究压缩变形状态下薄板DP780CR冲压表面损伤情况，本实施例中先进高强钢板2在试验中的形状如图2所示，模拟成形过程(如图4)中先进高强钢板压缩变形状态。如图5所示，图中拉伸夹头1、先进高强钢板2、上模座7、上模镶块3、上模辅助块 5、下模座8、下模镶块11、下模辅助块9，其中上模镶块3与上模左右辅助块5通过销钉10 连接，上模辅助块5用螺钉4固定于上模座7，下模镶块11与下模左右辅助块9通过销钉4 连接，下模辅助块9用螺钉4固定于下模座8，上下模通过螺钉6连接合模。所述先进高强钢板采用DP780CR，其板厚1. 2mm,宽52mm。所述上模座7和下模座8均采用45钢，调质处理。上模座7上有四个螺纹通孔， 下模座8对应有四个螺纹闭孔，合模时用螺钉6拧紧。下模座8通过四个螺栓，固定于试验工作台上。所述上模镶块3和下模镶块11均采用模具钢DC53，经TD热处理，硬度为60-62HRC。除上模镶块3上有凹槽，下模镶块11上没有凹槽外，上模镶块3和下模镶块11 的结构尺寸相同，呈工字形。所述上模镶块3根据先进高强钢板2的板厚和宽度，选择相应的尺寸，其上的凹槽结构形式为梯形式结构，其单边梯度为5°，槽深1. 10mm，最大宽度52mm。所述上模辅助块5和下模辅助块9均采用45钢，调质处理，上模辅助块5和下模辅助块9均分为左右两块，呈T字形，分别与工字形的上模镶块5和下模镶块9配合，起横向定位作用。所述销钉10分布于工字形镶块3 (或11)主体部位，左右各两个，直径Φ 8mm。本实施例工作时，将上模T形左右辅助块5与上模工字形镶块3用四个销钉10连接，下模的T形左右辅助块9与下模工字形镶块11用四个销钉连接，再将它们分别用螺钉4 固定在上模座7和下模座8上；先放置板材DP780CR后，用螺钉6将上下模座合上并拧紧， 拉伸夹头1加紧板材上端，启功试验机，以拉伸速度lOmm/s进行DP590钢板冲压表面损伤试验。重复10次DP590钢板冲压表面损伤试验。试验结束后，用粗糙度测试仪测量表面损伤最大深度，实测结果如图6中曲线所示。
权利要求
1.一种实现多种变形状态的薄板冲压表面损伤试验装置，其特征在于包括拉伸夹头、上模座、上模镶块、上模辅助块、下模座、下模镶块、下模辅助块，其中上模镶块与上模辅助块通过销钉连接，上模辅助块用螺钉固定于上模座，下模镶块与下模辅助块通过销钉连接，下模辅助块用螺钉固定于下模座，上下模通过螺钉连接合模；上模镶块表面有凹槽结构，通过凹槽结构形式实现多种变形状态，即包含拉伸一弯曲变形状态和压缩变形状态。
2.根据权利要求1所述的实现多种变形状态的薄板冲压表面损伤试验装置，其特征在于所述上模座上有四个螺纹通孔，下模座对应有四个螺纹闭孔，合模时用螺钉拧紧，下模座通过四个螺栓固定于试验工作台上。
3.根据权利要求1或2所述的实现多种变形状态的薄板冲压表面损伤试验装置，其特征在于所述上模座、下模座均采用45钢，调质处理。
4.根据权利要求1所述的实现多种变形状态的薄板冲压表面损伤试验装置，其特征在于所述上模镶块和下模镶块，除上模镶块上有凹槽外，上模镶块和下模镶块轮廓结构尺寸相同，外形呈工字形。
5.根据权利要求1或4所述的实现多种变形状态的薄板冲压表面损伤试验装置，其特征在于所述上模镶块表面有凹槽结构，采用平行凹槽结构，实现薄板拉伸一弯曲变形状态的冲压表面损伤试验。
6.根据权利要求1或4所述的实现多种变形状态的薄板冲压表面损伤试验装置，其特征在于所述上模镶块表面有凹槽结构，采用梯形凹槽结构，实现薄板压缩变形状态的冲压表面损伤试验，且压缩比取决与梯形角度。
7.根据权利要求1或4所述的实现多种变形状态的薄板冲压表面损伤试验装置，其特征在于所述上模镶块和下模镶块均采用模具钢DC53，经TD覆层处理，硬度为60-62HRC。
8.根据权利要求1所述的实现多种变形状态的薄板冲压表面损伤试验装置，其特征在于所述上模辅助块、下模辅助块均分为左右两块，呈T字形，与工字形的上模镶块和下模镶块配合，再分别与上模座、下模座固定，分别对上模镶块和下模镶块起横向定位作用。
9.根据权利要求1或8所述的实现多种变形状态的薄板冲压表面损伤试验装置，其特征在于所述上下模辅助块均采用45钢，调质处理。
10.根据权利要求1所述的实现多种变形状态的薄板冲压表面损伤试验装置，其特征在于所述销钉分布于工字形上模镶块和下模镶块主体部位，左右各两个。
全文摘要
本发明公开一种金属薄板冲压成形技术领域的实现多种变形状态的薄板冲压表面损伤试验装置，包括拉伸夹头、上模座、上模镶块、上模辅助块、下模座、下模镶块、下模辅助块，其中上模镶块与上模辅助块通过销钉连接，上模辅助块用螺钉固定于上模座，下模镶块与下模辅助块通过销钉连接，下模辅助块用螺钉固定于下模座，上下模通过螺钉连接合模；上模镶块表面有凹槽结构，通过凹槽结构形式实现多种变形状态，即包含多种拉伸－弯曲变形状态和压缩变形状态。本发明既能模拟先进高强钢薄板冲压件直边部分的拉伸－弯曲条件下的表面损伤，又能模拟出其发生在模具转角处压缩条件下的表面损伤情形。
文档编号G01N3/32GK102323167SQ20111023442
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月16日 优先权日2011年8月16日
发明者于忠奇, 林忠钦, 陈仙风, 马菖宏, 高晶 申请人:上海交通大学