[发明专利]基于电磁高能率下的薄板材料成形极限的测量装置及方法

说明书

本发明公开一种基于电磁高能率下的薄板材料成形极限的测量装置，包括：胀形模具，包括上模和下模，所述上模具有一凹形空间；驱动线圈，设置于所述下模中；驱动源，与所述驱动线圈电连接，所述驱动源包括AC电源以及与所述AC电源并联的电容器；以及驱动片，具有一中心孔；所述上模和所述下模用于夹持所述薄板材料，所述驱动片设置于驱动线圈的上表面；所述的薄板材料，具有独特的形状，放置于所述的驱动片之上。本发明还涉及一种使用上述测量装置的测量方法。

技术领域

本发明属于材料机械性能领域，具体为电磁高能率下薄板材料成形极限的测量装置及方法，为薄板材料高速率成形提供成形极限图。

背景技术

根据成形极限理论，可知为了绘制出完整的成形极限图，在测试过程中必须获得单向拉伸、平面应变和双向拉伸三种应变状态(如图1所示)。传统测量成形极限的方法是在平直无变形的板料表面印制选定的、尺寸精确的网格或随机斑点图案，再采用Nakajima或Marciniak方法对板料进行变形直至破裂、停止试验。Nakazima试验法，其实质是半球形刚性凸模胀形试验。通过改变试件的宽度，使其侧向约束改变从而得到从单拉到等双拉的成形极限。Marciniak方法，其实质是平面刚性凸模胀形试验。但是由于受传统机械结构限制，凸模的下行速度受到限制，这两种方法只适合于常态下的成形极限测量。电磁高能率下，材料变形的应变率可高达103/s，不同于常态下的成形方法，常规的成形极限的测试已不能完全满足要求。

针对电磁高能率下材料的成形极限测量，Seth、Golovashchenko、Dariani分别提出了方案。Seth通过采用单一的平面螺线线圈，同种圆形坯料，不同的冲头形状获得不同的应变状态：采用轴对称冲头(导弹头形状)时，在冲头顶部可以获得近似双向拉伸的应变状态；采用楔形冲头时，可以得到接近平面应变状态的变形。由于采用的板料撞击冲头的方法，这样对于强度硬度较大的材料如钛合金则不易破裂，且需要更大的能量从而耗能大。

Golovashchenko通过采用平面螺旋线圈成形方形坯料获得双向拉伸应变状态；采用轨道线圈成形不同长宽比的长条坯料获得单向拉伸及平面应变状态。Golovashchenko的方法为了使变形均匀，获得单拉应变状态与平面应变状态需要采用不同形式的线圈，增加线圈制作成本。轨道线圈成形时长条坯料不易夹紧，且长条轨道之间由于电磁力相互作用容易使轨道线圈失稳。

Dariani采用不同的长宽比的长条坯料及方形坯料获得不同应变状态。Dariani是基于爆炸成形装置而设置长条坯料及方形坯料的。

为了能够准确的测量出电磁高能率下薄板材料的成形极限，考虑到不同的板料形状不会影响线圈所感应的涡流分布。本发明提出采用单一螺旋线圈，不同的坯料形状以获得不同的应变状态。

发明内容

本发明提供一种基于电磁高能率下的薄板材料成形极限的测量装置及方法，可以有效解决上述问题。

本发明提供一种基于电磁高能率下的薄板材料成形极限的测量装置，包括：

胀形模具，包括上模和下模，所述上模具有一凹形空间；

平面螺旋线圈，设置于所述下模中；

驱动源，与所述平面螺旋线圈电连接，所述驱动源包括AC电源以及与所述AC电源并联的电容器；以及

驱动片，具有一中心孔；

其中，所述上模和所述下模用于夹持所述薄板材料，所述驱动片设置于平面螺旋线圈的上表面；

测量成形极限的双向拉伸应变状态时，所述薄板材料为方形板料或圆形板料。

进一步的，测量成形极限的平面应变状态时，所述薄板材料为方形板料，且具有两个关于所述方形板料中心轴对称的半圆形孔，两个半圆形孔沿中心轴的距离为D，所述半圆形孔的半径为1/2D，每一半圆形孔的两端通过圆弧R5进行光滑连接。