一种轻量化冲压模具自动测量装置的制作方法

本发明涉及一种轻量化冲压模具自动测量装置，属于汽车模具技术领域。

背景技术：

汽车轻量化的要求使汽车用钢板的强度等级越来越高，先进高强度钢和超高强度钢越来越多地应用于车身制造。超轻钢车体项目为了减轻车体重量和提高车体结构性能，先进高强度钢和超高强度钢用量超过90％。相比于传统低碳钢，高强度钢板冲压所需的成形载荷提高1～2倍，高强度钢冲压模具的失效问题变得突出。为了校核高强度钢冲压模具的强度、刚度，预测冲压模具寿命以及优化冲压模具结构，需要一种动态测量冲压模具在成形过程中的应力应变的装置。

经对现有技术文献的检索发现，l.shulkin等在《journalofmaterialsprocessingtechnology》(材料成形技术学报)1996年59期34～40页上的一文“elasticdeflectionsoftheblankholderindeepdrawingofsheetmetal”(板料深拉深成形中压边圈的弹性变形)中提到用压力胶片(原文表述为pressurefilm)测量冲压模具压边圈上受到的分布力，但是用此方法测量时要求板料和模具无相对滑动，实际冲压过程中坯料变形，坯料在模具表面滑动，所以无法使用该方法测量冲压过程中冲压模具的动态应力、应变。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术中的问题，提供了一种冲压模具动态应力应变测量装置，使其能够通过应变花采集模具在动态冲压过程中的应力应变，并在工业计算机屏幕上实时显示冲压模具上的应力应变，同时应变片粘贴方便，测量精度较高。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：应变花、电阻式应变片、电桥盒、动态应变仪、位移传感器、工业计算机、平板，其中：应变花粘贴在被测量冲压模具的待测量部位，电阻式应变片粘贴在平板上，平板位于被测量冲压模具附近。应变花包括三轴应变片，应变花的每一轴应变片与一个电阻式应变片一一对应连接，且以单桥方式连接到一个电桥盒，一个电桥盒与动态应变仪的一个应变测量通道相连，动态应变仪和位移传感器分别与工业计算机内的数据采集卡相连，位移传感器的探针部分固定在被测量冲压模具的凸模上，位移传感器的固定端固定在被测量冲压模具的凹模上。

所述平板与被测量冲压模具材料相同且不受外力作用。

所述的电阻式应变片与应变花每一轴应变片规格相同，负责对应变花进行温度补偿。

所述位移传感器，负责探测冲压过程中凸模的行程。

所述动态应变仪，具有模拟量输出端子，模拟量输出端子与数据采集卡的模拟量输入通道相连，动态应变仪将测得的应变转换成电压信号输出，将此电压信号接入数据采集卡的模拟量电压输入通道。

所述工业计算机控制其内部的数据采集卡，按照预定程序工作，实现冲压模具冲压过程动态应力应变的测量、存储和显示。

根据冲压模具上待测量点地个数可选择应变花的个数、电桥盒的个数、动态应变仪独立通道数以及工业计算机上数据采集卡模拟量采集通道数。

本发明工作时，冲压模具受力复杂，通常处于复杂应力应变状态下，将应变花牢固粘贴在冲压模具待测量部位上，应变花的三个轴应变片可以测量待测量部位三个不同方向的应变值，根据广义虎克定律求得该测量部位的应力应变状态，配合位移传感器测得的凸模行程，可以将冲压过程中模具上的应力应变与冲压深度联系起来，应变花的每一轴应变片和一个电阻式应变片以单桥方式连接到一个电桥盒，构成一个应变测量电路，电阻式应变片粘贴在位于被测量冲压模具附近，与被测量冲压模具材料相同、不受外力作用的一块平板上，起到温度补偿作用，一个电桥盒连接到动态应变仪的一个应变测量通道，动态应变仪为应变测量电路供电，并测量应变测量电路电压变化，应变测量电路电压变化与冲压模具被测量部位应变有确定关系，利用此关系，可以获得冲压模具被测量部位一个方向的应变，并转换为动态应变仪输出通道的模拟量电压信号，将此模拟量电压信号接入工业计算机内的数据采集卡的输入通道，工业计算机控制其内部的数据采集卡，按照预定程序工作，实现冲压模具冲压过程动态应力应变的测量、运算、存储，并将冲压模具被测量点的应力应变随凸模行程变化以图形化的方式实时显示在工业计算机的输出显示设备上。

本发明的积极效果是：采用本发明装置测量冲压模具在盒形件拉深过程中的应力应变，测量方便、响应快，最高采样速率可达250比特每秒，而且自动化水平高。冲压模具上的应力应变在工业计算机屏幕上实时显示，有利于对冲压过程进行实时监控，存储在工业计算机上的数据还便于后续的分析研究。

附图说明

图1本发明装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图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。

如图1所示，本实施例用于动态测量一个双曲底面盒形件拉深模具在盒形件拉深过程中凸模8、凹模10、压边圈9上的应力应变。本实施例中，凸模8上选择一处待测量部位，位于凸模8圆角部位，凹模10上选择两处测量部位，位于凹模10入口圆角部位，压边圈9上选择两处测量部位，位于压边圈压料面中部，这些部位是盒形件拉深成形过程中模具受力恶劣的部位，为了方便应变花粘贴，在选取的五处测量部位开设了浅槽。

本实施例包括：应变花1、电阻式应变片2、电桥盒3、动态应变仪4、工业计算机5、位移传感器6、平板7，其中：应变花1粘贴在被测量冲压模具的待测量部位，电阻式应变片2粘贴在平板7，平板7位于被测量冲压模具附近。应变花1包括三轴应变片，应变花1的每一轴应变片与一个电阻式应变片2一一对应连接，且以单桥方式连接到一个电桥盒3，组成被测量冲压模具一个待测量部位一个方向的应变测量电路，一个电桥盒3与动态应变仪4的一个应变测量通道相连，动态应变仪4和位移传感器6分别与工业计算机5内的数据采集卡相连，位移传感器6的探针部分固定在被测量冲压模具的凸模8上，位移传感器6的固定端固定在被测量冲压模具的凹模10上。

所述平板7与被测量冲压模具材料相同且不受外力作用。

所述应变花1，为五个，同时动态采集五个测量点，每个测量点3个方向的应力、应变，其中一个应变花粘贴在凸模8圆角部位的浅槽内，另外两个应变花粘贴在凹模10入口圆角部位的浅槽内，最后两个应变花粘贴在压边圈9压料面中部的浅槽内。

所述应变花1，每个应变花1的三个应变片与三个电桥盒分别相连，每个电盒桥3和动态应变仪4的一个应变测量通道相连，每个动态应变仪4的输出通道与数据采集卡一个采集通道，所以，本实施例采用15个电桥盒，四台动态应变仪、16位通道的数据采集卡。

所述的电阻式应变片2与应变花1每一轴应变片规格相同，负责对应变花1进行温度补偿。

所述动态应变仪4，为yd-28a型动态电阻应变仪，每台动态电阻应变仪有四个独立通道。

所述动态应变仪4，具有模拟量输出端子，模拟量输出端子与数据采集卡的模拟量输入通道相连，动态应变仪4将测得的应变转换成电压信号输出，将此电压信号接入数据采集卡的模拟量电压输入通道。

所述数据采集卡，为研华的pci1716多功能数据采集卡，单端方式具有16条模拟/数字转换通道，模拟/数字转换精度16位，板载先进先出缓存4k，最高采样速率250kbps，数据采集卡16条通道中的15个通道接入动态应变仪15个输出通道输出的应力应变信息，数据采集卡剩余的一个通道接入位移传感器6的输出信号，记录拉深凸模8行程，将模具上的应力应变和盒形件拉深深度对应起来。

所述位移传感器6，负责探测冲压过程中凸模8的行程。

本实施例的工作过程时，首先启动动态应变仪4并复位，动态应变仪4开始给由应变花1、电阻式应变片2和电桥盒3组成的应变测量电路供电并检测应变测量电路桥电压；然后启动工业计算机5，工业计算机5对安装在其上的数据采集卡进行设置，使数据采集卡能够按照设定的频率将各通道的模拟量电压信号转换为数字信号，这些模拟量电压信号分别来自动态应变仪4和位移传感器6，动态应变仪4的电压信号反映了冲压模具待测部位的应变信息，位移传感器6的电压信号反映了冲压模具凸模8行程；其次启动压力机进行盒形件拉深，盒形件拉深过程中，冲压模具的凸模8、凹模10以及压边圈9受载荷作用产生变形，粘贴在凸模8、凹模10以及压边圈9上的应变花1随着它们一同变形，应变花1的变形包含了环境温度变化的影响，而电阻式应变片2可以起到消除环境温度变化的影响，应变花1和电阻式应变片2的变形导致应变测量电路桥电压变化，桥电压被动态应变仪4检测并转换成模拟量电压信号送到工业计算机5上的数据采集卡，在盒形件拉深过程中，安装在模具结构上的位移传感器6将凸模位移信号转换为模拟量电压信号，一并送到工业计算机5上的数据采集卡，工业计算机5将数据采集卡采集到的信号经过运算处理后，将冲压模具被测量点的应力应变随凸模8行程变化以图形化的方式实时显示在工业计算机5的输出显示设备上，同时存储待用；盒形件拉深完成后，冲压凸模8回程，压边圈抬起；最后中止工业计算机5，获得了冲压模具上若干点在整个冲压过程中的应力应变随拉深行程的变化曲线。