一种高速冲裁裂纹萌生临界损伤阀值的获取方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料测试及工程应用技术领域，尤其涉及一种高速冲裁裂纹萌生临界 损伤阀值的获取方法及装置。
【背景技术】
[0002] 冲裁是利用模具使金属材料产生分离的冲压工序，包括冲孔、落料、切边、切口、切 断、剖切、修边等具体工序，主要用于制作零件及毛坯件。在冲裁过程中，金属材料在复杂的 应力应变作用下，金属材料会经历由弹塑性变形再到断裂分离的过程。
[0003] 在这当中，需要预测金属材料的断裂分离的过程，以便能够针对金属材料的断裂 分离的过程，优化加工流程。目前预测金属材料的断裂分离的过程的方法，主要通过重复性 的拉伸实验来确定金属材料的临界损伤阀值（即对大量的试验试样施加应力拉伸，并确定 试样在拉伸到行程多少时会开始破裂，再根据破裂时的拉伸行程求得该材料的临界损伤阀 值），再根据临界损伤阀值形成参考数据发放到加工车间或写入工具书。
[0004] 但是，在实际的生产过程中，被加工金属材料的局部温度会出现波动，尤其是在高 速冲裁过程中，局部温度甚至可高达400°C以上。局部温度的急剧变化会金属材料的应力变 化更加复杂且难以预测，从而使得裂纹的出现时机改变，与通常的拉伸实验中得到的临界 损伤阀值出现较大偏差，加工车间若按照参考数据或工具书进行高速冲裁时往往会遇到成 品质量下降，废品率上升的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的实施例提供一种材料韧性损伤阀值的获取方法及装置，能够解决由于被 加工金属材料的局部温度出现波动，而导致的裂纹的出现时机测量不准确的问题。
[0006] 为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
[0007] 第一方面，本发明的实施例提供一种高速冲裁裂纹萌生临界损伤阀值的获取方 法，包括：
[0008] 对试样进行高应变速率的动态拉伸，并同步拍摄所述试样在拉伸不同时刻的变形 情况，所述变形情况包括：变形、颈缩和断裂形貌中的至少一种，其中，颈缩时刻对应的临界 应变值为所述裂纹萌生时的应变值；
[0009] 根据拍摄的变形情况，确定裂纹萌生的时刻，并根据所述韧性损伤裂纹萌生的时 刻和应力应变数据，得到所述裂纹萌生时的应变值，所述应力应变数据包括：所述试样在高 应变速率的动态拉伸下的应力应变曲线、动态屈服强度和屈服应变；
[0010] 根据所述应力应变数据和所述试样在准静态单向拉伸下的屈服应力，获取所述试 样在高应变速率的动态拉伸下的动态力学本构方程；
[0011] 根据所述裂纹萌生时的应变值、所述动态力学本构方程和光亮带高度值，得到所 述临界损伤阀值；其中，所述光亮带高度值是在高速冲裁中，通过测量所述试样高速冲裁断 面得到的，且所述动态力学本构方程在冲裁有限元模拟模型中采用所述裂纹萌生时的应变 值得到的模拟值与所述光亮带高度值之差在指定范围内。
[0012] 第二方面，本发明的实施例提供一种高速冲裁裂纹萌生临界损伤阀值的获取装 置，包括：透射杆（1)、应变片（2)、高速摄相机（3)、入射杆（4)、弹丸（5)、靶板（6)、示波器 (7)、补强光源（8)、分析模块（9);其中，透射杆（1)和入射杆（4)分别用于固定试样的两 端；2个应变片（2)与示波器（7)相连，并分别设置在透射杆（1)和入射杆（4)上；弹丸（5) 安装在入射杆（4)上，用于提供入射杆（4)相对于透射杆（1)的位移速度；
[0013] 透射杆（1)和入射杆（4)，用于对试样进行高应变速率的动态拉伸；
[0014] 高速摄相机（3)，用于同步拍摄所述试样在拉伸不同时刻的变形情况，所述变形情 况包括：变形、颈缩和断裂形貌中的至少一种，其中，颈缩时刻对应的临界应变值为所述裂 纹萌生时的应变值；
[0015] 示波器（7)，用于获取应力应变数据，所述应力应变数据包括：所述试样在高应变 速率的动态拉伸下的应力应变曲线、动态屈服强度和屈服应变；
[0016] 分析模块（9)，用于根据高速摄相机（3)拍摄的变形情况，确定裂纹萌生的时刻， 并根据所述韧性损伤裂纹萌生的时刻和所述应力应变数据，得到所述裂纹萌生时的应变 值；并根据所述应力应变数据和所述试样在准静态单向拉伸下的屈服应力，获取所述试样 在高应变速率的动态拉伸下的动态力学本构方程；再根据所述裂纹萌生时的应变值、所述 动态力学本构方程和光亮带高度值，得到所述临界损伤阀值；其中，所述光亮带高度值是在 高速冲裁中，通过测量所述试样高速冲裁断面得到的，且所述动态力学本构方程在冲裁有 限元模拟模型中采用所述裂纹萌生时的应变值得到的模拟值与所述光亮带高度值之差在 指定范围内。
[0017] 本发明实施例提供的高速冲裁裂纹萌生临界损伤阀值的获取方法及装置，通过拉 杆试验获得材料高应变速率条件下本构方程的同时，借助高速摄相机获得材料韧性损伤的 临界值，从而更精确地模拟高速冲裁过程并预测冲裁断面质量，再通过高速冲裁试验优化 调整了韧性损伤阀值的准确性，该方法及装置适用于拉伸型韧性损伤、剪切型韧性损伤等 损伤检测过程，并能在高速冲裁这种即有拉伸变形又有剪切分离，并且金属材料的局部温 度急剧变化的情况下，准确得到临界损伤阀值，从而提高高速冲裁时的成品质量，降低废品 率。
【附图说明】
[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的 附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领 域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附 图。
[0019]图la为本发明实施例提供的一种高速冲裁裂纹萌生临界损伤阀值的获取方法的 主要流程示意图；
[0020] 图lb为本发明实施例提供的一种高速冲裁裂纹萌生临界损伤阀值的获取方法的 具体流程示意图；
[0021] 图2为本发明实施例提供的一种高速摄像机所拍摄图像的示意图；
[0022] 图3、图4为本发明实施例提供的具体实例的示意图；
[0023] 图5为本发明实施例提供的一种高速冲裁裂纹萌生临界损伤阀值的获取装置的 结构示意图；
[0024] 图5中各标号表示：1、透射杆；2、应变片；3、高速摄相机；4、入射杆；5、弹丸；6、靶 板；7、示波器；8、补强光源。
【具体实施方式】
[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026] 本发明实施例提供一种高速冲裁裂纹萌生临界损伤阀值的获取方法，如图la所 示，包括：
[0027] 101，对试样进行高应变速率的动态拉伸，并同步拍摄所述试样在拉伸不同时刻的 变形情况。
[0028] 其中，所述变形情况包括：变形、颈缩和断裂形貌中的至少一种，其中，颈缩时刻对 应的临界应变值为所述裂纹萌生时的应变值。对试样进行高应变速率的动态拉伸具体可以 采用H0PKINS0N拉杆测试。
[0029] 102,根据拍摄的变形情况，确定裂纹萌生的时刻，并根据所述韧性损伤裂纹萌生 的时刻和应力应变数据，得到所述裂纹萌生时的应变值。
[0030] 其中，所述应力应变数据包括：所述试样在高应变速率的动态拉伸下的应力应变 曲线、动态屈服强度和屈服应变。
[0031] 103,根据所述应力应变数据和所述试样在准静态单向拉伸下的屈服应力，获取所 述试样在高应变速率的动态拉伸下的动态力学本构方程。