[发明专利]金属材料杯突值的测定方法及其模具

说明书

技术领域

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

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

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。

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：

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1kN～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。

进一步地，所述步骤1）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。

进一步地，所述步骤1）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。

进一步地，所述金属为铝合金或IF钢。

更进一步地，所述金属为双相钢。

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。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，标准方法中对于所有金属材料均采用10KN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。

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。

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1～6kN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。

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。

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。

附图说明

图1为一种金属材料杯突值测定模具的剖面结构示意图。