精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法及装置与流程

本发明属于材料半冲特征测试领域，涉及一种精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法及装置。

背景技术：

1、半冲特征是一种以精冲技术为基础获得的零件特征，与精冲落料零件不同的是半冲特征成形后并未与基体材料分离；半冲特征极限深度是指零件半冲过程中不产生裂纹的最大下压深度，与精冲材料的特性有关。目前，包含半冲特征的零件被广泛用于汽车等行业中，例如座椅调角器、调节齿板等传动装置；此类零件在服役时，半冲特征会受到剪切力作用，因此半冲特征连接处不允许存在可见的微小裂纹，即半冲特征的最大下压深度应小于材料所允许的极限深度。此外，围绕不同的几何外形的半冲特征，需要评估测试半冲特征的连接强度来保证零件的合理使用状态。

2、由于半冲特征形状各异且特征深度不同，目前针对精冲材料的半冲特征极限深度与连接强度并没有统一的测试方法和装置。通常的方法，是完成半冲特征的成形制造，随后置于台架实验装置上开展针对该特征在实际工况下的服役测试。一旦无法满足服役效果，需要重新修正零件设计及其成形工艺，直至台架实验测试结果满足设计要求。显然，此种开发流程不仅耗时，且开发成本很高，若是在零件的开发初期，就能有一种针对半冲特征极限深度的测试方法，同时能快速获取某个半冲深度条件下，不同几何轮廓的半冲特征的连接强度，对于相关零件开发过程中的材料选型及工艺开发具有重要的指导意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法及装置，不仅能快速确定精冲材料半冲特征极限深度，同时能快速确定某一半冲深度条件下，精冲材料的理论单位连接强度组合，从而确定该冲压材料实际半冲特征的许用连接强度。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法，包括以下步骤：

4、s1，采用半冲成形获取不同半冲深度的半冲极限深度测试试样，通过观察确定半冲极限深度所在的范围，并在所述半冲极限深度所在的范围内细化重复半冲成形操作，确定精冲材料的半冲极限深度；

5、s2，对所述步骤s1中某一半冲深度未出现裂纹的半冲极限深度测试试样进行加工获得不同轮廓的半冲连接强度测试试样，并分别进行连接强度测试，获得对应半冲深度下的理论单位连接强度组合，从而确定所述精冲材料在该半冲深度下的半冲特征许用连接强度。

6、优选地，所述步骤s1中，所述半冲极限深度所在的范围通过以下方式确定：

7、观察所述不同半冲深度的半冲极限深度测试试样的连接处是否出现裂纹，将未出现裂纹的半冲极限深度测试试样对应的最大深度作为所述半冲极限深度所在的范围的下限，将出现裂纹的半冲极限深度测试试样对应的最小深度作为所述半冲极限深度所在的范围的上限。

8、优选地，所述步骤s2中，所述不同轮廓的半冲连接强度测试试样包括内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样和直线段条状试样。

9、优选地，所述步骤s2中，所述连接强度测试利用半冲连接强度测试装置分别确定内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样和直线段条状试样开始发生失效破坏时对应的载荷，从而计算出内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样和直线段条状试样的单位连接强度。

10、优选地，所述步骤s2中，所述内凹曲线段条状试样、外凸曲线段条状试样和直线段条状试样的单位连接强度均通过下述公式计算：

11、

12、式中，σf为试样的单位连接强度，单位为kn/mm；

13、f为试样开始发生失效破坏时对应的载荷，单位为kn；

14、b为试样连接段的轮廓线投影长度，单位为mm。

15、优选地，所述步骤s2中，所述对应半冲深度下的理论单位连接强度组合为：

16、{σfl，σfe，σfv}

17、式中，σfl为直线段条状试样的单位连接强度；

18、σfo为外凸曲线段条状试样的单位连接强度；

19、σfv为内凹曲线段条状试样的单位连接强度。

20、优选地，所述步骤s2中，所述精冲材料在该半冲深度下的半冲特征许用连接强度计算公式如下：

21、

22、式中，ftotal为精冲材料在该半冲深度下的许用连接强度，单位为kn/mm；

23、月为安全系数，无量纲，取值范围为0.8～1.0；

24、i、j、k分别为精冲材料在该半冲深度下半冲特征连接轮廓中直线段、外凸曲线段和内凹曲线段的数量，i的取值范围为1～n1，j的取值范围为1～n2，k的取值范围为1～n3；

25、bi、bj、bk分别为不同直线段、外凸曲线段和内凹曲线段的连接段的轮廓线投影长度，单位为mm；

26、f(θj，θ0)、f(θk，θv)为用于获取外凸曲线段和内凹曲线段任意弧度下的单位连接强度的插值函数，θj和θk分别不同的外凸曲线和内凹曲线对应的弧度值；θ0和θv分别为测试试样中外凸曲线段和内凹曲线段对应的曲线弧度值。

27、本发明第二方面提供了一种用以执行如本发明第一方面所述的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试方法的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括用以测试精冲材料半冲连接强度的半冲连接强度测试装置；

28、所述半冲连接强度测试装置安装在金属材料电子万能试验机上，该半冲连接强度测试装置包括下模机构、导轨组件和上模机构；所述下模机构包括下模承重组件、设于所述下模承重组件上的下模底座和螺杆调节组件，所述下模底座上设有下模镶块，所述螺杆调节组件用以调节所述下模镶块与所述上模机构的水平间距；所述导轨组件设于所述下模承重组件上，该导轨组件为所述上模机构上下移动提供导轨；所述上模机构包括上模承重组件、设于所述上模承重组件的上模滑块以及设于所述上模滑块上的上模随动镶块。

29、优选地，所述下模承重组件包括下模柄以及设于所述下模柄上的下模承重底板；和/或

30、所述螺杆调节组件包括设于所述下模承重组件上的螺杆固定座以及设于所述螺杆固定座上的调节螺杆；所述调节螺杆与所述下模镶块连接，用以调节所述下模镶块与所述上模随动镶块之间的水平间距；和/或

31、所述下模镶块上设有下模凸台，所述下模凸台上设有下模凸台立面、下模凸台曲面和下模凸台平面；所述下模凸台立面设置在靠近所述上模滑块的一侧，所述下模凸台曲面对称设于所述下模凸台立面的左右两侧，所述下模凸台平面对称设于所述下模凸台立面的上下两侧。

32、优选地，所述导轨组件包括对称设于所述下模承重组件上的第一导轨立板和第二导轨立板，所述第一导轨立板和第二导轨立板上均设有所述上模滑块移动的轨道。

33、优选地，所述上模承重组件包括上模柄以及设于所述上模柄上的上模垫板；所述上模滑块固定在所述上模垫板上；所述上模随动镶块上设有上模凸块，所述上模凸块上设有上模凸台立面、上模凸台曲面和上模凸台平面，所述上模凸台立面设置在所述下模底座的一侧设置，所述上模凸台曲面对称设于所述上模凸台立面的左右两侧，所述上模凸台平面对称设于所述上模凸台立面的上下两侧。

34、本发明具有以下有益效果：

35、1、本发明通过设计和采用半冲成形得到不同半冲深度的半冲极限深度测试试样，观察并确定精冲材料的半冲特征极限深度；之后将半冲极限深度测试试样分割成内凹曲线试样、外凸曲线试样、直线段试样三类连接轮廓试样，获取不同半冲深度条件下，三类连接轮廓试样的单位连接强度，作为对应半冲深度条件下的理论单位连接强度组合，从而确定当前工况下该精冲材料实际半冲特征的许用连接强度；

36、2、与现有技术相比，本发明建立了一套面向精冲材料半冲特征极限深度的测试流程，设计了一种涵盖各种轮廓组合形式的半冲极限深度测试试样，给出了理论单位连接强度评价方法；本发明可适用于不同的材料、料厚以及深度的半冲特征，所采用的精冲材料半冲特征极限深度与连接强度的测试装置利用镶块结构，能快速适用不同轮廓以及深度的试样，节材环保。