[发明专利]一种金属板材高速成型极限测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属板材高速成形加工领域，特别涉及一种金属板材高速成形极限测试方法。

背景技术

高速高能成形包括多种工艺方法，主要包括爆炸成形、电磁成形、电液成形，也就是利用电气、化学、机械贮存的高能量在瞬间放出而进行加工。电磁成形和爆炸成形都能达到15～300米/秒的加工速度，能极大的提高加工效率。同时，很多金属材料的高应变速率下，其成形极限较室温低速过程有很大的提高。爆炸成形、电磁成形、电液成形国外早在上个世纪中叶就开始了研究，现在已经进入实用阶段。

常温低速成形过程中，板材的成形性评价有多种办法，其中成形极限图(FLD)是判断和评定板材成形性能的最为简便和直观的方法，是解决板材冲压成形问题的一个非常有效的工具。FLD是由板材在不同应变路径下的局部失稳极限真实应变ε₁和ε₂构成的条带形区域，全面反映了板材在单向拉应力、双向拉应力、平面应变及中间状态作用下的成形极限。在板材成形中，板平面内的两主应变的任意组合，只要落在成形极限图中的成形极限曲线上，板材变形时就会产生破裂，反之则是安全。

然而，高速成形过程中涉及应变速率因素，而不同应变速率下材料的塑性变形规律有很大差别，且不同材料的塑性随应变速率变化情况也大不相同。通常来说，板料在超高应变速率下通常塑性较好，但在中速应变速率下塑性较差。而且，板料成形时板料不同位置处的应变速率存在很大差别，这将显著影响板料失效点的预测。因此，高速高能成形的成形极限不能单纯的建立主应变和次应变的关系，而应考虑应变速率效应，常规的成形极限测试方法也不再适用。

目前，测量材料的高应变速率下的应变值通常采用霍普金森拉杆或压杆来获得材料的高速拉伸或压缩应力应变曲线；中应变速率则可使用高速拉伸机来进行实验。除普通的高速拉伸机外，还有如专利CN102944474A中所述的一套利用电磁力驱动的超高速率单向拉伸试验装置及方法。但无论采用霍普金森杆抑或高速拉伸机，都只能获得单向拉伸或单向压缩的应变状态，是远远不够的。

此外，在高速成形极限实验当中，实验数据的采集也是一个难题。传统的成形极限测试的方法采用在板料上印刷网格，将板料冲压至产生破裂的瞬间立即停止实验，此时对板料破裂处的网格长度进行测量，达到应变测量的目的。然而，高速成形极限实验，无法控制实验在板料产生破裂时终止。专利CN102305745A中提及了一种利用DIC在线图像测量技术的板料成形性能测试装置，装置可以实时测量板料产生的应变，无需控制实验终止，无需对板料进行人工测量。但该专利存在如下缺陷：1、由于DIC技术在测量曲面上的应变时，数据十分不准确，因此装置采用的平底冲头，平底冲头相较圆形冲头，存在圆角处极易破裂、需要使用要求更高的润滑措施等诸多缺陷。2、冲头向上冲压板料的时候，板料到相机快门的距离会产生远近的变化，这会造成图像的放大效应，造成测量误差。3、装置只能测量成形极限的右半部分，左半部分需要依靠单向拉伸试验以及经验公式。4、平头冲头质量过大，向上移动，无法实现高速实验。

因此，目前尚没有一种能直接测量高应变速率下，板料成形极限的装置和方法，现存的高应变速率板料失效预测方法存在很大局限性，迫切需要一种新的成形极限图，及其测试装置和测试方法来有效评价金属板材在高速成形过程中的成形性能，为实际爆炸成形、电磁成形、电液成形等生产过程提供指导依据。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种金属板材高速成形极限实验装置，能够获得不同应变速率下，不同应变路径下的板料成形极限，提供一种可准确、方便评价金属板材高速成形过程中的起皱、破裂问题的方法。

本发明的技术方案是提供一种金属板材高速成型极限测试方法，具体包括以下步骤：

步骤1、开始实验前，确认电容充电开关处于断开状态，冲头发射开关处于发射档位，待电容器组放电完成；开启激光测距仪，再将冲头上两块衔铁对准电磁铁吸头且冲头圆头顶端对准激光光斑后，使衔铁撞击电磁铁头部的撞块，冲头发射开关弹到电磁吸合档位，闭合电路总开关；

步骤2、制作试验板料；

步骤3、升起升降支架，升起压边圈，将试验板料放置与凹模上；

步骤4、降下升降支架，使冲头贴近试验板料；

步骤5、调整两台高速照相机角度，使成像中心都对准于试验板料被激光光斑照射的一个网格点，记录两台相机与竖直线所夹的锐角θ₁,θ₂；

步骤6、调整电容器组的耐压值和电容值，调整变压器电压值与电容器组耐压值对应；