[发明专利]金属薄板剪应力起皱试验方法及试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及金属薄板应力试验方法及试验装置，尤其涉及金属薄板剪应力起皱试验方法及试验装置。 

背景技术

在金属薄板冲压过程中，如：汽车零件冲压过程中，起皱现象是经常出现的质量问题。根据起皱区外力条件不同，起皱主要有三种表现形式：压应力起皱、不均匀拉应力起皱和剪应力起皱，参见图1。 

在钢板冲压成形时，凹模内部的毛坯是处于拉力下成形的，由于冲压件的结构较复杂，导致毛坯的受力也较复杂，当毛坯受到的拉力不同轴平衡时，则会在毛坯内产生剪应力，如图2所示。根据力学基本知识可知，最大主应力方向与剪应力成45°角，即在Y1方向，且σ_y1>0；最小主应力必然在X1方向，且σ_x1<0。即材料在X1方向受到的应力是压应力，当这一压应力σ_x1达到一定值时，板料就会产生受压失稳现象，其皱纹的长度方向是在Y1方向，这就是剪应力起皱原理。 

目前国内外对压应力起皱、不均匀拉应力起皱已有许多研究和相应的模拟试验方法，如压应力的圆筒形零件拉伸时法兰变形区的起皱试验，不均匀拉应力的方板对角拉伸试验等，但对剪应力起皱的试验方法研究还很少，也没有相应的试验装置。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属薄板剪应力起皱试验方法及试验装置，该试验方法可操作性强，配合相应的试验装置，可在现有拉伸试验机上进行金属薄板剪应力起皱试验。 

为实现上述目的，本发明是这样实现的： 

一种金属薄板剪应力起皱试验方法，其步骤是：

第一步，制作试样，试样由毛坯试样和成形试样组成； 

毛坯成哑铃状，成轴对称图形，中心区域和四角区域不同轴，四角为矩形突出块，其一边延伸，作细长切口；成形试样是在毛坯基础上进行制作，在四角突出部位处施于力，使其成压筋状，对称于切口顶端垂直作平行线，并沿线折弯一定角度，对称于哑铃状细部顶端平行线折弯； 

第二步，将成形试样放置在试验装置上进行剪应力起皱试验； 

试验装置包括凸模、凹模、压边模、底座，凹模由前后两块凹模块组成，前后凹模块的空间组成凹槽，凹槽间距根据试样尺寸通过底座的调整螺孔进行调整，使试样处于中心；前后凹模块两边上平面的压筋凹槽构成的压边槽和相应前后两块压边模块两边下平面压筋镶嵌，以将试样压住；凹模上平面中间和压边模下平面中间为光滑平面，在试样受压时，试样中间流入凹槽；在凹槽和前后压边槽中间有一个凸模，凸模通过螺栓和加载机构相连固定；通过加载机构对对称试样施加载荷进行拉伸，使试样产生变形；由于压筋部分和受压位置不在一个轴上，从而产生剪应力和起皱； 

第三步，将试验完的试样沿中轴线进行剪裁； 

第四步，通过测量装置测量试样皱高； 

测量装置由测量平台、X、Y推进轴，测量仪和底座组成，对称裁开的试样置于测量平台上，测量平台可在X、Y轴方向分别移动，测量仪固定在测量装置上，通过调整X、Y推进轴上的两个旋转把手，使试样与测量仪产生相对运动，从而快速准确的测出皱高； 

第五步，试样对称的四个皱高进行平均； 

第六步，记录试样参数和测量结果。 

一种实施金属薄板剪应力起皱试验方法的试验装置，包括凸模、凹模、压边模、底座，底座开有对称T型槽和固定螺栓孔，凹模通过底座螺栓孔由螺钉和底座连接固定；凹模由前后两块凹模块组成，前后凹模块的空间组成凹槽，凹槽间距根据试样尺寸通过底座的调整螺孔进行调整，使试样处于中心；压边模通过底座T型槽上的长螺栓使底座、凹模和压边模固定，前后凹模块两边上平面的压筋凹槽构成的 压边槽和相应前后两块压边模块两边下平面压筋镶嵌，以将试样压住；凹模上平面中间和压边模下平面中间为光滑平面；在凹槽和前后两边压边槽中间有一个凸模，凸模通过螺栓和加载机构相连固定，凸模对对称试样施加载荷，使试样产生变形。 

所述在前后凹模块内侧边中心位置有对称定位挡板，使试样处于中心。 

本发明的金属薄板剪应力起皱试验方法是根据剪应力起皱原理而设计的，试验方法通过试验装置在试样的压力区产生拉力，从而产生剪应力，并由此剪应力产生起皱，测定金属薄板的皱高，从而得到金属薄板抗剪应力特性，以满足如汽车厂、钢厂的科研和其它用户技术支持的需要。 

本发明的试验方法可操作性强，配合相应的试验装置，可在现有拉伸试验机上进行金属薄板剪应力起皱试验，试验结果重复性好，适合于研究金属薄板的剪应力起皱特性。 

附图说明