一种冲压模具及应变成形能力检测的方法与流程

本发明涉及零部件检测领域，尤其涉及一种冲压模具及应变成形能力检测的方法。

背景技术：

汽车车身零件形状都比较复杂，车身零件成形中的塑性变形是，模具对板材施加外力从而引起板料变形区形状和尺寸发生变化，这种形状和尺寸的变化最终使板料被加工成冲压零件。一定力的作用方式和大小，对应着一定的变形，零件在整个冲压成形过程中，变形区的应力和应变大小及方向都在发生变化，这种变化决定着冲压成形的性质。目前，用冲压方法加工的汽车零件种类繁多，形状也越来越复杂，但无论零件形状多复杂，每个部位的变形都可以归到冲压成形三种典型变形方式中：拉延应变、平面应变和胀形应变。

传统检测材料性能的方法有拉伸力学性能、杯突试验、扩孔试验等，传统方法检测都是材料在某一单一应变状态的变形，如拉伸力学性能是材料在单一拉延应变下的测量，杯突试验是在胀形应变状态下测量材料的成形能力，不能真实反映材料的复杂应变状态。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种冲压模具及应变成形能力检测的方法，解决了现有技术中不能在多应变状态下对材料性能进行检测的问题。

依据本发明的一个方面，提供了一种冲压模具，包括：凹模、设置于凹模上的压边圈、以及与凹模相配合的凸模，其中，凸模至少包括相互连接的第一冲压端面和第二冲压端面，第一冲压端面和第二冲压端面相互交叉形成第一角度。

其中，凸模还包括：与第一冲压端面相连接的第三冲压端面，第一冲压端面和第三冲压端面相交叉形成第二角度。

其中，凸模还包括：位于第二冲压端面和第三冲压端面之间的第四冲压端面，凸模的截面为十字形。

其中，凸模的截面为L形。

其中，凸模的截面为丁字形。

依据本发明的另一个方面，还提供了一种采用如上所述的冲压模具进行应变成形能力检测的方法，其中，该方法包括：

通过冲压模具对待检测板材进行冲压；

当检测到待检测板材发生破裂或达到预设高度时停止冲压；

检测冲压处理后的待检测板材的拉伸深度尺寸、应变状态和表面形貌。

其中，通过冲压模具对待检测板材进行冲压的步骤之前，还包括：

在待检测板材的外表面均匀涂覆润滑剂。

其中，通过冲压模具对待检测板材进行冲压的步骤之前，还包括：

对冲压模具进行清洗和干燥处理。

其中，检测冲压处理后的待检测板材的拉伸深度尺寸、应变状态和表面形貌的步骤包括：

测量冲压处理后的待检测板材的拉伸深度和应变状态；

测量冲压处理后的待检测板材的表面粗糙度、峰值密度和表面波纹度中的至少一项。

本发明的实施例的有益效果是：

采用本发明的冲压模具进行应变成形能力检测，通过冲压模具对待检测板材进行冲压；当检测到待检测板材发生破裂或达到预设高度时停止冲压；检测冲压处理后的待检测板材的拉伸深度尺寸、应变状态和表面形貌，能够实现在一次冲压过程中发生拉延应变、平面应变、胀形应变三种应变状态，这样就能够检测材料在复杂应变状态下的成形能力，以及材料在各应变状态下的缺陷。

附图说明

图1表示本发明的冲压模具的L字形凸模的结构示意图；

图2表示本发明的冲压模具的T字形凸模的结构示意图；

图3表示本发明的冲压模具的结构示意图；

图4表示本发明的冲压模具的十字形凸模的结构示意图；

图5表示本发明的应变成形能力检测的方法的流程示意图。

其中图中：1、凹模，2、压边圈，3、凸模；

31、第一冲压端面，32、第二冲压端面，33、第三冲压端面，34、第四冲压端面。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

如图1至图4所示，本发明的实施例提供了一种冲压模具，包括：凹模1、设置于凹模1上的压边圈2、以及与凹模1相配合的凸模3。

其中，凹模1亦称为型腔，是成型塑件外表面的主要零件，凹模1可在定模上安装，亦可在动模上安装。

压边圈2设置在凹模1上，在凹模1和凸模3之间边缘部分设置的圈形压紧装置。在冲压过程中，压边圈2的主要作用是防止工件口缘部分因失稳而起皱的问题。

凸模3又叫冲针、冲头、阳模、上模等，主要用于成型制品内表面的零件。其中，凸模3的形状与凹模1的形状相匹配。由于不同材料的应变状态具有不同缺陷，如在拉压应变状态下容易出现镀层材料脱落或粉化，因此需要在一次冲压过程中同时出现拉延应变、平面应变、胀形应变三种应变状态。本发明的冲压模具中的凸模3至少包括相互连接的第一冲压端面31和第二冲压端面32，第一冲压端面31和第二冲压端面32相互交叉形成第一角度。其中，在冲压过程中，在第一冲压端面31和第二冲压端面32的作用下，被冲压板材发生胀形应变，被冲压板材垂直于第一冲压端面31或第二冲压端面32的侧面发生平面应变，在第一冲压端面31和第二冲压端面32相交叉的形成第一角度作用下，被冲压板材发生拉延应变。优选地，第一冲压端面31和第二冲压端面32相交叉形成的第一角度为直角，这样凸模3的截面显示为一L形结构。

进一步地，如图2所示，本发明的冲压模具的凸模3还包括：与第一冲压端面31相连接的第三冲压端面33，第一冲压端面31和所述第三冲压端面33相交叉形成第二角度。那么，在冲压过程中，在第一冲压端面31、第二冲压端面32和第三冲压端面33的共同冲压作用下，被冲压板材发生胀形应变；被冲压板材垂直于第一冲压端面31或第二冲压端面32或第三冲压端面33的侧面发生平面应变；在第一冲压端面31和第二冲压端面32相交叉的形成第一角度、以及第一冲压端面31和第三冲压端面33相交叉形成的第三角度的作用下，被冲压板材发生拉延应变。优选地，第一冲压端面31和第二冲压端面32相交叉形成的第一角度为直角，第一冲压端面31和第三冲压端面33相交叉形成的第二角度亦为直角，则第二冲压端面32和第三冲压端面33分别与第一冲压端面31的两端交叉连接，形成一平角结构，这样凸模3的截面显示为一T形结构。

为了进一步突出冲压过程中被冲压材料发生的拉延应变、平面应变、胀形应变三种应变状态，本发明的冲压模具的凸模3还包括：位于第二冲压端面32和第三冲压端面33之间的第四冲压端面34。相邻的冲压端面之间互相交叉形成一内角结构。优选地，四个冲压端面之间相互交叉形成为直角结构，那么该凸模3的截面呈现为十字形。该十字形的凸模3的顶端(即四个冲压端面)为胀形应变，十字模具的四个内角部位(即四个冲压端面之间相互交叉形成为直角结构)为拉延应变，十字模具的四个最外侧面(即垂直于冲压端面的各个侧面)为平面应变。

利用上述冲压模具进行应变成形能力检测，通过冲压模具对待检测板材进行持续冲压；当检测到待检测板材发生破裂时，停止冲压；检测冲压处理后的待检测板材的拉伸深度尺寸和表面形貌，能够实现在一次冲压过程中发生拉延应变、平面应变、胀形应变三种应变状态，这样就能够检测材料在复杂应变状态下的成形能力，以及材料在各应变状态下的缺陷。

实施例二

以上实施例一介绍了本发明的冲压模具，下面本实施例将结合附图和具体应用场景对采用该冲压模具进行的应变成形能力检测的方法做进一步介绍说明。

具体地，如图5所示，该应变成形能力检测的方法包括以下步骤：

步骤501：通过冲压模具对待检测板材进行冲压。

其中，该冲压模具包括：凹模、设置于凹模上的压边圈、以及与凹模相配合的凸模；其中，凸模至少包括相互连接的第一冲压端面和第二冲压端面，第一冲压端面和第二冲压端面相互交叉形成第一角度。在汽车的生产制造中，有60％-70％的金属零部件需经塑性加工成形，冲压加工是完成金属塑性成形的一种重要手段，它是最基本、最重要的金属加工方法之一。如车身上的各种覆盖件、车内支撑件、结构加强件，还有大量的汽车零部件，如发动机的排气弯管及消声器、空心凸轮轴、油底壳、发动机支架、框架结构件、横纵梁等等，都是经冲压成形技术正向精密、多功能、高效节能、安全清洁的生产方向发展，冲压工件的制造工艺水平及质量，在较大程度上对汽车制造质量和成本有直接的影响。

适用于冲压成型的材料有钢铁材料、铝合金材料、镁合金材料等板材，但不同的材料所能承受的冲压力不同，自身的成型效果也不尽相同。冲压工艺性是指冲压件对工艺品的适应性，即所设计的冲压件在尺寸大小、尺寸精度与基准、结构形状等是否符合冲压加工的工艺要求。具体地，通过冲压模具对待检测板材进行持续冲压的步骤具体包括：通过冲压模具的压边圈将待检测板材固定于凹模上；控制凸模和凹模对待检测板材进行冲压处理。为了保护冲压过程待检测板材的表面，在冲压之前在待检测板材的外表面均匀涂覆润滑剂，利于减小模具材料的摩擦力，以避免冲压过程中对待检测板材表面的损坏。将试样放置到凹模与压边圈之间，压边圈与凹模间加适当的压边力，启动凸模对其进行拉深成形。此外，为了保证检测过程中冲压模具与待检测板材之间的配合，需要对冲压模具与试验装置进行检查清洗和干燥处理。

步骤502：当检测到待检测板材发生破裂或达到预设高度时停止冲压。

由于不同的材料所能够承受的冲压能力不同，在相同压边力的前提下，可以对比材料在破裂前的拉深深度值，可知该材料在复杂应变状态下的成形能力。当检测到待检测板材在冲压力的作用下发生破裂时，说明此时已达到该材料所能承受的冲压形变的极限。此外，还可预先设定冲压深度，即将不同待检测板材冲压至同一预设高度后停止冲压，再进一步检测冲压后的待检测板材的的应变状态。

进一步地，为了后续检测过程所得到的检测结果的准确性，在对不同的待检测板材进行冲压时，需要控制每一待检测板材所受到的冲压条件完全一致。

步骤503：检测冲压处理后的待检测板材的拉伸深度尺寸、应变状态和表面形貌。

其中，检测检测冲压处理后的待检测板材的拉伸深度尺寸、应变状态和表面形貌的步骤具体包括：测量冲压处理后的待检测板材的拉伸深度和应变状态；测量冲压处理后的待检测板材的表面粗糙度、峰值密度和表面波纹度中的至少一项。通过对比不同材料在破裂时的拉伸深度值，即可通过拉深不同的深度，可以检查材料在不用应变状态以及不同应变量的情况下，各成形缺陷、表面缺陷、镀层缺陷等是否出现以及严重程度，然后对该材料做出成形能力以及各缺陷程度的评价。表面缺陷主要通过对待检测板材的表面形貌进行检测得到的，其中，表面形貌包括：表面粗糙度、峰值密度(最大峰谷距值Rmax和峰值数Pc等)、表面波纹度等多项参数。对检测样本进行表面形貌检测具体为：对检测样本进行表面粗糙度、峰值密度、表面波纹度中的至少一项进行检测。下面将分别就以上参数的检测过程做进一步介绍说明。

零件表面经过加工后，看起来很光滑，经放大观察却凹凸不平。表面粗糙度是指加工后的零件表面上具有的较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特征，一般是由所采取的加工方法和/或其他因素形成的。零件表面的功用不同，所需的表面粗糙度参数值也不一样。零件图上要标注表面粗糙度代号(符号)，用以说明该表面完工后须达到的表面特性。其中，表面粗糙度的参数有3种：轮廓算术平均偏差Ra、微观不平度十点高度Rz和轮廓最大高度Ry。其中，轮廓算术平均偏差为在取样长度内，沿测量方向(Y方向)的轮廓线上的点与基准线之间距离绝对值的算术平均值。微观不平度十点高度是指在取样长度内5个最大轮廓峰高的平均值和5个最大轮廓谷深的平均值之和。轮廓最大高度是指在取样长度内，轮廓最高峰顶线和最低谷底线之间的距离。一般机械制造工业中主要选用Ra。Ra值按下列公式计算：

或近似为

其中式中，Y为轮廓线上的点到基准线(中线)之间的距离；l为取样长度。

进一步地，表面粗糙度的检测，我们最常用的有以下几种方法：

一是显微镜比较法，具体地，将被测表面与表面粗糙度比较样块靠近在一起，用比较显微镜观察两者被放大的表面，以样块工作面上的粗糙度为标准，观察比较被测表面是否达到相应样块的表面粗糙度；从而判定被测表面粗糙度是否符合规定，但值得指出的是，采用此方法并不能测出粗糙度参数值。

二是光切显微镜测量法，具体地，光切显微镜(双管显微镜)是利用光切原理测量表面粗糙度的方法，从目镜观察表面粗糙度轮廓图像，用测微装置测量Rz值和Ry值。也可通过测量描绘出轮廓图像，再计算Ra值。

三是电动轮廓仪比较法，具体地，电动轮廓仪属于触针式仪器，测量时仪器触针尖端在被测表面上垂直于加工纹理方向的截面上，做水平移动测量，从指示仪表直接得出一个测量行程Ra值。或者用仪器的记录装置，描绘粗糙度轮廓曲线的放大图，再计算Ra或Rz值。

四是干涉显微镜测量法，具体地，涉显微镜是利用光波干涉原理，以光波波长为基准来测量表面粗糙度的。被测表面有一定的粗糙度就呈现出凸凹不平的峰谷状干涉条纹，通过目镜观察、利用测微装置测量这些干涉条纹的数目和峰谷的弯曲程度，即可计算出表面粗糙度的Ra值。

其中，最大峰谷距Rmax值和峰值数Pc值可在粗糙度检测过程中检测计算得到。

零件表面的几何形状总误差由表面粗糙度、波纹度和形状误差三部分组成。平面的表面特征一般由表面粗糙度、表面波纹度和表面几何形状误差三个参数确定，其中表面粗糙度属微观量，通常波长小于1mm，相应的测量仪器有轮廓仪等；表面几何形状误差属宏观量，波长在10mm以上，相应的测量仪器有电子测微仪及其它的大型测量设备；表面波纹度介于微观量和宏观量之间波长在1～10mm。在测量截面轮廓曲线时，采取一定的滤波方式，以限制和减弱加工表面的粗糙度和形状误差成分，从而所获得的测量曲线称为波纹度曲线。波纹度的数值是指在垂直于基准面的各截面上获得，如果未规定一定的测量方向，则波纹度的数值是指在垂直于基准面并沿着加工纹理方向的截面上获得(在一般情况下，由振动产生的波纹度，其最大波幅值是发生在加工纹理方向上)。

测量前，先将平面表面波纹度测量装置放置在标准平面上，将数显千分表在该装置的测量基准线位置清零。清零后将该装置放置在被测面上，测量方向的选择应使数显千分表的测量头移动方向与被测面的加工痕迹方向垂直，将游标零点与标尺零点的重合位置作为测量头移动的起始点，滑动带游标的工字型滑块，带动测量头移动，在移动的过程式中，分别记录数显千分表的拐点值即波峰波谷相对于标准半圆杆测量基准线的变化量h1、h2、h3…，并同时通过标尺和游标记录在每个拐点处测量头的移动量即波纹的波长值L1、L2、L3…。上述过程即是测量数据的收集过程，依据数据处理方法的不同，波纹度参数有几种不同的表达方式，如波纹度轮廓最大高度W1、波纹度轮廓不平的平均高度WC等，可以依据客户不同的检测需求做相应的数据处理。

通过上述冲压模具对待检测板材进行持续冲压；当检测到待检测板材发生破裂时停止冲压；检测冲压处理后的待检测板材的拉伸深度尺寸和表面形貌，能够实现在一次冲压过程中发生拉延应变、平面应变、胀形应变三种应变状态，这样就能够检测材料在复杂应变状态下的成形能力，以及材料在各应变状态下的缺陷。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。