金属材料杯突值的测定方法及其模具的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属材料杯突值的测定方法及模具，方法包括：1）压紧试样：根据金属试样的抗拉强度选择合适大小的压边力，用该压边力将试样的周边压紧，以阻止试样边部材料流动；2）冲压试样：在试样中心部位用润滑脂粘贴聚乙烯薄膜进行润滑，然后用冲头对该中心部位进行冲压，冲压速度为0.5mm/s～2.0mm/s；3）测定杯突值：在冲压过程中，当冲顶力下降1～6kN时，停止冲压，此时最大冲顶力对应的冲头位移即为杯突值。该模具在压模和垫模上设置了相互配合的拉延筋。本发明充分考虑了压边力，润滑剂及冲压速度对杯突值测试结构的影响，并对裂纹判断进行了定量控制，而且还通过优化模具结构进一步阻止试样边部材料流动，从而提高了测试结果的精确度。
【专利说明】金属材料杯突值的测定方法及其模具
【技术领域】
[0001]本发明涉及冶金测试技术，具体地指一种金属材料杯突值的测定方法及其模具。【背景技术】
[0002]埃里克森杯突试验方法(GB/T4156-2007)是一种测定金属薄板和薄带在拉延成形时承受塑性变形能力的试验方法，其原理是将一个端部为球形的冲头对着一个被夹紧在垫模和压模内的金属试样进行冲压，形成一个凹痕，直至出现一条穿透裂纹，此时依据冲头位移测得的凹痕深度即为杯突值，然后将该杯突值作为评判金属极限深冲性能的一种性能指标，杯突值越大，表示材料深冲性能越优越。然而，用埃里克森杯突试验标准方法在进行杯突值测定时，存在杯突值测试结果精度级差，稳定性级差，可比性重复性级差的缺点，这些缺点具体体现如下:对不同强度材料进行杯突值测试时，时而会有与实际情况相反的测试结果，如:用标准方法测得的双相钢的杯突值大于IF钢的杯突值，这是与事实不符的；采用不同的润滑剂对测试结果影响较大；穿透裂纹观察的准确度不能定量控制，从而导致测得的杯突值结果分散，通过降低后期冲压速度来观察穿透裂纹的话，因忽略了冲压速度对测试结构的影响，同样会导致结果分散。因此，找到一种能精确测定金属杯突值的方法，便成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就是要提供一种金属材料杯突值的测定方法及其模具，该方法能精确测定金属杯突值，测试结果稳定，可准确反映出金属材料的双向拉延成形性能。
[0004]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种金属材料杯突值的测定方法，包括如下步骤:
[0005]I)压紧试 样:根据金属试样的抗拉强度选择合适大小的压边力，用该压边力将试样的周边压紧，以阻止试样边部材料流动；
[0006]2)冲压试样:在试样的中心部位用润滑脂粘贴聚乙烯薄膜进行润滑，然后用冲头对该中心部位进行冲压，冲压速度为0.5mm/s~2.0mm/s ；
[0007]3)测定杯突值:在冲压过程中，当冲顶力下降IkN~6kN时,停止冲压,此时,最大冲顶力对应的冲头位移即为杯突值。
[0008]进一步地，所述步骤I)中，所述金属试样为厚度0.1~2.0mm且抗拉强度在600MPa以下的金属薄板，其选用的压边力为100~200kN。
[0009]进一步地，所述步骤I)中，所述金属试样为厚度0.1~2.0mm且抗拉强度在600MPa以上的金属薄板，其选用的压边力≥200kN。
[0010]进一步地，所述金属为铝合金或IF钢。
[0011]更进一步地,所述金属为双相钢。
[0012]一种为实现上述方法而设计的金属材料杯突值的测定模具，包括压于金属材料上方的环形压膜和垫于金属材料下方的环形垫模，所述垫模的中心部位设有端部为球形的冲头，所述压模的底面上设有环形凸筋，所述垫模的顶面上设有与所述凸筋相配合的凹筋。
[0013]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0014]其一，标准方法中对于所有金属材料均采用IOKN的压边力，而本发明充分考虑了压边力大小对杯突值测试结果的影响，针对不同强度的金属选择合适大小的压边力，从而彻底阻止金属试样的边部材料向试样中心部位流动,进而提高杯突值数据的准确性。
[0015]其二，本发明充分考虑了润滑剂对杯突值测试结果的影响，将试样与冲头接触的中心部位用润滑脂粘贴聚乙烯薄膜进行润滑，相比标准方法中只涂少量润滑脂，本发明方法中的润滑方式的润滑效果更充分，聚乙烯薄膜润滑具有可靠的稳定性，能确保裂纹开裂在试样的中心部位，有利于提高杯突值测试的精确度。
[0016]其三，标准方法中规定裂纹显示出穿过试样的整个厚度时，立即停止冲头，把此时冲头的位移作为杯突值，因出现裂纹的时间点是通过观察来判断的，误差较大，从而使得杯突值结果分散，如果降低后期冲压速度来观察穿透裂纹，因忽略了冲压速度的影响，同样会导致结果分散，而本发明中，利用试样在即将开裂时会出现力值衰退现象这一特征，当冲顶力下降I?6kN时，停止冲压，实现了裂纹穿透时间判断的定量控制，从而进一步提高了杯突值测试结果的精确度。
[0017]其四，本发明在冲压速度不产生明显应变速率效应的前提下，选用0.5mm/s?
2.0mm/s的杯突值测试冲压速度，提高了测试速度。
[0018]其五，本发明通过改进模具结构，在压模和垫模上设置相互配合的拉延筋，进一步阻止金属试样的边部材料向试样中心部位流动，使得杯突值测试结果能更真实反映金属材料的双向拉延成形性能；本发明操作简单方便，实用性强，适用于金属材料双向拉延成形性能的评定，其测试结果可作为金属薄板生产和应用的指导性指标，具有推广应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为一种金属材料杯突值测定模具的剖面结构示意图。
[0020]图2为图1中压模的剖面结构示意图。
[0021]图3为图1中垫模的剖面结构示意图。
[0022]图4为双相钢的冲顶力-位移曲线。
[0023]图5为IF钢的冲顶力-位移曲线。
[0024]图6为采用润滑脂润滑后裂纹在试样上的位置示意图。
[0025]图7为采用润滑脂粘贴聚乙烯薄膜润滑后裂纹在试样上的位置示意图。
[0026]图8为冲压速度-杯突值柱状图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
[0028]如图1所示，一种金属材料杯突值的测定模具，包括压于金属材料上方的环形压膜I和垫于金属材料下方的环形垫模2，所述垫模2的中心部位设有端部为球形的冲头3，所述压模I的底面上设有环形凸筋4 (如图2所示)，所述垫模2的顶面上设有与所述凸筋4相配合的凹筋5 (如图3所示)，该冲头3，压模I及垫模2均装配在现有的冲压试验机上。[0029]一种金属材料杯突值的测定方法，包括如下步骤:
[0030]I)压紧试样:将图1中的模具安装在冲压试验机上，将金属试样6置于压模I和垫模2之间，然后根据金属试样6的抗拉强度选择合适大小的压边力，用该压边力将金属试样6的周边压紧，以阻止试样边部材料流动，其中，当该金属试样6为厚度0.1~2.0mm且抗拉强度在600MPa以下的金属薄板时，压边力优选100~200kN，当该金属试样6为厚度
0.1~2.0mm且抗拉强度在600MPa以上的金属薄板时，其优选压边力≥200kN;
[0031]2)冲压试样:在试样6的中心部位用润滑脂粘贴聚乙烯薄膜进行润滑，然后用冲头3对该中心部位进行冲压，冲压速度为0.5mm/s~2.0mm/s ；
[0032]3)测定杯突值:在冲压过程中，冲压试验机记录冲顶力-位移曲线，当冲顶力下降IkN~6kN时，停止冲压，此时，冲顶力-位移曲线上记录的最大冲顶力对应的冲头位移即为杯突值。
[0033]实施例1:
[0034]选取1.5臟厚的双相钢6000?试样，该双相钢的抗拉强度为63010^，延伸率为23.1%，将该试样置于压模和垫模之间，用250kN的压边力将试样的周边压紧，以阻止试样边部材料流动；同时，在试样的中心部位用润滑脂粘贴聚乙烯薄膜进行润滑，然后用冲头对该中心部位进行冲压，冲压速度为1.0mm/s ;在冲压过程中，冲压试验机记录冲顶力-位移曲线，如图4所示，当冲顶力下降5kN时，停止冲压，此时读出冲顶力-位移曲线上记录的最大冲顶力对应的冲头位移即为杯突值，得到该钢板的杯突值为10.30_，其中，压边力，冲压速度，裂纹判断冲顶力这些参数均在启动试验机之前设定好。
[0035]实施例2
[0036]选取1.5mm厚的高强IF钢HC260Y，该高强IF钢的抗拉强度为400MPa，延伸率为36.2%，将该试样置于压模和垫模之间，用150kN的压边力将试样的周边压紧，以阻止试样边部材料流动；同时，在试样的中心部位用润滑脂粘贴聚乙烯薄膜进行润滑，然后用冲头对该中心部位进行冲压，冲压速度为2.0mm/s ;在冲压过程中，冲压试验机记录冲顶力-位移曲线，如图5所示，当冲顶力下降6kN时，停止冲压，此时读出冲顶力-位移曲线上记录的最大冲顶力对应的冲头位移即为杯突值，得到该钢板的杯突值为10.05mm。
[0037]为验证本发明方法的优越性，以下针对本发明方法中的相关参数进行对比试验:
[0038]I)压边力对杯突值的影响对比试验
[0039]选取1.5_1厚的双相钢6000?试样，该双相钢的抗拉强度为63010^，延伸率为23.1%,另选取1.5mm厚的高强IF钢HC260Y，该高强IF钢的抗拉强度为400MPa，延伸率为36.2%，从这些性能可知，高强IF钢的冲压成形性能优于双相钢，然后对这两种不同强度的钢分别在不同压边力情况下进行杯突值测试，其中，模具为现有标准模具，冲压速度均为
1.0mm/s，均采用润滑脂和聚乙烯薄膜润滑，裂纹自动判断设置为5kN，不同压边力下测得杯突值见以下表1:
[0040]表1
[0041]
【权利要求】
1.一种金属材料杯突值的测定方法，包括如下步骤: 1)压紧试样:根据金属试样的抗拉强度选择合适大小的压边力，用该压边力将试样的周边压紧，以阻止试样边部材料流动； 2)冲压试样:在试样的中心部位用润滑脂粘贴聚乙烯薄膜进行润滑，然后用冲头对该中心部位进行冲压，冲压速度为0.5mm/s~2.0mm/s ； 3)测定杯突值:在冲压过程中，当冲顶力下降IkN~6kN时，停止冲压，此时，最大冲顶力对应的冲头位移即为杯突值。
2.根据权利要求1所述的金属材料杯突值的测定方法，其特征在于:所述步骤I)中，所述金属试样为厚度0.1~2.0mm且抗拉强度在600MPa以下的金属薄板,其选用的压边力为 100 ~200kN。
3.根据权利要求1所述的金属材料杯突值的测定方法，其特征在于:所述步骤I)中，所述金属试样为厚度0.1~2.0mm且抗拉强度在600MPa以上的金属薄板,其选用的压边力≥200kN。
4.根据权利要求1或2所述的金属材料杯突值的测定方法，其特征在于:所述金属为铝合金或IF钢。
5.根据权利要求1或3所述的金属材料杯突值的测定方法，其特征在于:所述金属为双相钢。
6.一种为实现权利要求1所述方法而设计的金属材料杯突值的测定模具，包括压于金属材料上方的环形压膜(I)和垫于金属材料下方的环形垫模(2)，所述垫模(2)的中心部位设有端部为球形的冲头(3)，其特征在于:所述压模(I)的底面上设有环形凸筋(4)，所述垫模(2)的顶面上设有与所述凸筋(4)相配合的凹筋(5)。
【文档编号】G01N3/28GK103698233SQ201310689509
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】吴青松, 祝洪川, 王辉, 葛锐, 雷泽红, 赵春晖, 周少云, 龙安, 陈寅 申请人:武汉钢铁(集团)公司