專利名稱：用于液壓脹形工藝的管材成形極限曲線的測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域的測試裝置，具體是一種用于液壓脹形工 藝的管材成形極限曲線的測試裝置。
技術(shù)背景管件液壓脹形是通過內(nèi)部加壓和軸向加力補(bǔ)料使管坯外壁與模具型腔內(nèi)表 面貼合的技術(shù)。采用管件液壓脹形技術(shù)，能使置于模具中的管坯通過高壓液體的 作用成形各種橫截面形狀的空心零件。與傳統(tǒng)的沖壓一焊接工藝相比，采用液壓 脹形技術(shù)加工空心零件具有減輕重量、節(jié)約材料，減少零件和模具數(shù)量，降低模 具費(fèi)用，減少后續(xù)機(jī)械加工和組裝焊接量，提高零件強(qiáng)度和剛度等優(yōu)點(diǎn)，目前已 在汽車工業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。成形極限曲線是評價材料成形性能的重要依據(jù)。把材料在各種應(yīng)變狀態(tài)下的 成形極限描繪在以第一主應(yīng)變和第二主應(yīng)變?yōu)樽鴺?biāo)軸的坐標(biāo)系中，并連接成線， 這條線就是材料的成形極限曲線。在零件的成形工藝設(shè)計(jì)及可制造性分析中，通 常根據(jù)成形極限曲線判斷工藝及零件設(shè)計(jì)的合理性。在材料塑性變形過程中，如 果其應(yīng)變狀態(tài)位于成形極限曲線以下，則材料在變形過程中不會發(fā)生破裂；如果 應(yīng)變狀態(tài)達(dá)到成形極限曲線以上，則材料會發(fā)生破裂，說明零件或工藝設(shè)計(jì)不合 理。建立材料的成形極限曲線必須解決兩個問題(1)極限應(yīng)變狀態(tài)的形成—— 能夠以線性的或準(zhǔn)線性的應(yīng)變路徑變形，使試件上的某一點(diǎn)達(dá)到極限應(yīng)變狀態(tài)； (2)應(yīng)變狀態(tài)的改變——能夠使極限狀態(tài)點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)(即應(yīng)變比)在一1到1 之間變動。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，韓國專利號為KR656073-B1，名稱為液 壓脹形鋼管成形極限圖的測試方法，該專利的特征自述為 一種測量液壓脹形鋼 管的成形極限圖的方法，該專利中在鋼管沒有印網(wǎng)格的區(qū)域安裝一對上夾具和 下夾具；用上模具和下模具將鋼管固定；將液壓封頭安裝到鋼管上；向鋼管施加 液體壓力和軸向推力；測量在內(nèi)壓力和軸向推力作用下發(fā)生破裂的鋼管的成形極限圖。該專利能夠使試件上某一點(diǎn)沿線性或準(zhǔn)線性應(yīng)變路徑變形從而達(dá)到極限應(yīng) 變狀態(tài)，并且能夠使應(yīng)變比在一1到0之間變動。從圖中可以看出，在雙向拉伸 應(yīng)變狀態(tài)下，不能有效實(shí)現(xiàn)線性應(yīng)變路徑，并且不能使應(yīng)變狀態(tài)在0到1之間變 動。因而不能得到完整的成形極限曲線。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種用于液壓脹形工藝的管材 成形極限曲線的測試裝置，使管材既能以線性或準(zhǔn)線性應(yīng)變路徑變形并達(dá)到極限 應(yīng)變狀態(tài)，又能使應(yīng)變比在一l到l之間變動，解決了背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括上模，下模，推桿。上模 通過液壓脹形機(jī)的主缸自動操作，可豎直運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對管材的壓制功能；推桿有 兩組，每組有兩個，即左、右推桿，分別通過液壓脹形機(jī)的兩側(cè)缸自動控制，可 水平運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)管材端部固定和軸向進(jìn)給。下模固定在液壓脹形機(jī)的工作臺上， 用于固定試件。所述上模包括上連接板和上鑲塊，上連接板連接到液壓脹形機(jī)的主缸上， 上鑲塊固定在上連接板上，通過定位銷定位；所述下模包括固定塊、下模具和下鑲塊，下模具固定在液壓脹形機(jī)工作臺上， 下模具采用對稱結(jié)構(gòu)，其兩端為半圓柱形型腔，下鑲塊固定在下模具型腔內(nèi)，固 定塊共有兩個，固定塊上有一個半圓柱形型腔，兩個固定塊固定在下模具的兩端， 分別與下模具的兩個半圓柱形型腔組成兩個圓柱形型腔。所述上連接板形狀為長方體，其中心和對稱面與液壓脹形機(jī)主缸工作面的中 心及對稱面重合；上鑲塊形狀為長方體，上鑲塊長度和寬度與下模具矩形型腔部 分相同，上鑲塊的對稱面與下模具矩形型腔的對稱面重合，上鑲塊可以在下模具 矩形型腔內(nèi)上下運(yùn)動。當(dāng)測量拉一壓應(yīng)變狀態(tài)下的成形極限曲線時，上鑲塊的底 面與側(cè)面之間沒有任何倒角，當(dāng)測量拉一拉應(yīng)變狀態(tài)下的成形極限曲線時，上鑲 塊的底面與側(cè)面之間有圓形倒角。所述下模具采用對稱結(jié)構(gòu)，其兩端為半圓柱形型腔，在每個半圓柱形型腔的 外端有一個倒角；下模具的中間部分為模具型腔，模具型腔的上部為長方體型腔， 長方體型腔的底面與兩端的圓柱形表面的水平切面重合，模具型腔的下部為半圓 柱形型腔，該半圓柱形型腔的圓柱面與上部的矩形型腔表面相切；下模具的中心和對稱面與液壓脹形機(jī)的工作臺中心及對稱面重合。固定塊共有兩個，其結(jié)構(gòu)完 全相同；固定塊上有一個半圓柱形型腔，其長度和半徑與下模具兩端的半圓柱面 相同；在固定塊的半圓柱面的一端有一個倒角，倒角的尺寸與下模具半圓柱面外 端的倒角尺寸相同；兩個固定塊分別用螺釘固定在下模具的兩端，分別與下模具 的兩個半圓柱形型腔組成兩個圓柱形型腔；安裝時，固定塊上的半圓柱面有倒角 的一端朝外。下鑲塊形狀為一個半圓柱，其長度和半徑與下模具的模具型腔下部 的半圓柱面的長度和半徑相同。所述左推桿和右推桿分別用螺釘固定在液壓脹形機(jī)的左、右側(cè)缸上；推桿的 軸線與下模具兩端的半圓柱面軸線重合。左推桿和右推桿的結(jié)構(gòu)完全相同；在推 桿的中心有一個圓孔，用作高壓液體的流動通道。當(dāng)測量拉一拉應(yīng)變狀態(tài)下的成 形極限曲線時，推桿的直徑大于下模具兩端半圓柱面的直徑，在推桿的端面上有 一個倒角，倒角的角度與下模具及固定塊組成的圓柱面端部的倒角角度相同；當(dāng) 測量拉一壓應(yīng)變狀態(tài)下的成形極限曲線時，推桿的直徑稍小于下模具兩端半圓柱 面的直徑，推桿的端部有一個倒角和臺階。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明既可以使材料以線性或準(zhǔn)線性應(yīng)變路徑變形，并使 試件上的某一點(diǎn)達(dá)到極限應(yīng)變狀態(tài)，也可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)變狀態(tài)的改變，使應(yīng)變狀態(tài)在 一l到1之間變動。具有目前存在的各種管材成形極限曲線測試裝置所不具有的 特征。


圖1:本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖一 圖2:本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖二具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1本實(shí)施例裝置用于測量拉一壓應(yīng)變狀態(tài)下的成形極限曲線的實(shí)驗(yàn)裝置，可測 量應(yīng)變比在一l到0之間變動時材料的成形極限。如圖1和圖2所示，本實(shí)施例由上模，下模和推桿組成。上模由上連接板1和上鑲塊2組成。上連接板1通過螺釘連接到液壓脹形機(jī) 上。上鑲塊2通過螺釘與上連接板1連接在一起，其下表面為一平面，底面與側(cè) 面之間沒有過渡圓角。下模由固定塊3，下鑲塊6和下模具7組成。下模具7固定在液壓脹形機(jī)的 工作臺上。下鑲塊6設(shè)置在下模具7的空腔內(nèi)。固定塊3通過螺釘與下模具7 連接，共有2個，用于對試件5兩端施加周向約束。推桿4共有兩個，即左、右推桿，設(shè)置在試件5的兩端。兩個推桿分別固定 在液壓脹形機(jī)的兩個側(cè)缸上。推桿4的直徑稍小于由固定塊3和下模具7圍成的 圓孔的直徑。脹形時，上鑲塊2設(shè)置在兩個固定塊之間。試件5設(shè)置在由上鑲塊2，固定塊3，推桿4，下模具7和下鑲塊6構(gòu)成的 空腔內(nèi)。測試時，首先將印有網(wǎng)格的試件5放置在下模具7上，然后用螺釘將固定塊 3與下模具7連接在一起，從而約束試件5兩端沿圓周方向的變形。接著，開始 管材的成形極限測試，操作步驟如下第一步，自動操作上模向下運(yùn)動，直到上鑲塊2的下表面與試件5表面接觸 為止；第二步，自動操作推桿4水平移動，將試件5兩端密封；第三步，向試件5內(nèi)充入液體，使壓力達(dá)到某一設(shè)定值，從而將試件5內(nèi)的 空氣排出；第四步，按照指定的應(yīng)變比設(shè)置內(nèi)壓力和推桿4的推力隨時間的變化關(guān)系； 第五步，向試件5內(nèi)充液增壓，這時，推桿會按照設(shè)定的曲線運(yùn)動，直到試 件5破裂為止；第六步，將試件5從下模具7中取出；第七步，在破裂點(diǎn)附近選擇合適的點(diǎn)，用軟尺測量其第一主應(yīng)變和第二主應(yīng)變；第八步，將該點(diǎn)的第一主應(yīng)變和第二主應(yīng)變描繪在以第一主應(yīng)變和第二主應(yīng) 變?yōu)樽鴺?biāo)軸的坐標(biāo)系中；第九步，改變應(yīng)變比，并重復(fù)步驟一到步驟八，直到所有的實(shí)驗(yàn)都做完為止； 第十歩，將所有的點(diǎn)連接成曲線，就得到拉一壓應(yīng)變狀態(tài)下材料的成形極限曲線。實(shí)施例2本實(shí)施例用于測量拉一拉應(yīng)變狀態(tài)下的成形極限曲線的實(shí)驗(yàn)裝置，可測量應(yīng) 變比在0到1之間變動時材料的成形極限。如圖1和圖2所示，本實(shí)施例由上模、下模和推桿組成。上模由上連接板1和上鑲塊2組成，上連接板1通過螺釘連接到液壓脹形機(jī) 上。上鑲塊2通過螺釘與上連接板1連接在一起，其下表面為一平面，底面與側(cè) 面之間有過渡圓角。下模由固定塊3，下鑲塊6和下模具7組成。下模具7固定在液壓脹形機(jī)的 工作臺上。下鑲塊6設(shè)置在下模具7的空腔內(nèi)。固定塊3通過螺釘與下模具7 連接，共有2個，用于對試件5兩端施加周向約束。推桿4共有兩個，設(shè)置在試件5的兩端。兩個推桿分別固定在液壓脹形機(jī)的 兩個側(cè)缸上。推桿4的直徑大于由固定塊3和下模具7圍成的圓孔的直徑。脹形 時，上鑲塊2設(shè)置在兩個固定塊3之間。試件5設(shè)置在由上鑲塊2，固定塊3，推桿4，下模具7和下鑲塊6構(gòu)成的 空腔內(nèi)。測試時，首先將印有網(wǎng)格的試件5放置在下模具7上，然后用螺釘將固定塊 3與下模具7連接在一起，從而約束試件5兩端沿圓周方向的變形。接著，開始 管材的成形極限測試，操作步驟如下第一步，自動操作上模向下運(yùn)動，直到上鑲塊2的下表面與試件5表面接觸 為止；第二步，自動操作推桿4水平移動，將試件5兩端密封； 第三步，向試件5內(nèi)充入液體，使壓力達(dá)到某一設(shè)定值，從而將試件5內(nèi)的 空氣排出；第四步，按照指定的應(yīng)變比設(shè)置內(nèi)壓力和上鑲塊2隨時間的變化關(guān)系； 第五步，向試件5內(nèi)充液增壓，這時，上鑲塊2會按照設(shè)定的曲線運(yùn)動，直 到試件5破裂為止；第六步，將試件5從下模具7中取出；第七步，在破裂點(diǎn)附近選擇合適的點(diǎn)，用軟尺測量其第一主應(yīng)變和第二主應(yīng)變；第八步，將該點(diǎn)的第一主應(yīng)變和第二主應(yīng)變描繪在以第一主應(yīng)變和第二主應(yīng) 變?yōu)樽鴺?biāo)軸的坐標(biāo)系中；第九步，改變應(yīng)變比，并重復(fù)步驟一一步驟八，直到所有的實(shí)驗(yàn)都做完為止;第十步，將所有的點(diǎn)連接成曲線，就得到拉一拉應(yīng)變狀態(tài)下材料的成形極限 曲線。上述實(shí)施例用于測試液壓脹形條件下管材的成形極限曲線的測試裝置，克服 了現(xiàn)有裝置不能得到完整的成形極限曲線的不足，既能使管材以線性或準(zhǔn)線性應(yīng) 變路徑變形并達(dá)到極限應(yīng)變狀態(tài)，又能使應(yīng)變比在一l到l之間變動，從而能夠 得到完整的管材成形極限曲線。
權(quán)利要求
1. 一種用于液壓脹形工藝的管材成形極限曲線的測試裝置，其特征在于，包括上模、下模、推桿，上模通過液壓脹形機(jī)的主缸自動操作進(jìn)行豎直運(yùn)動，推桿有兩組，每組有兩個，即左、右推桿，所述左推桿和右推桿分別用螺釘固定在液壓脹形機(jī)的左、右側(cè)缸上，下模固定在液壓脹形機(jī)的工作臺上，用于固定試件，其中所述上模包括上連接板和上鑲塊，上連接板連接到液壓脹形機(jī)的主缸上，上鑲塊固定在上連接板上，通過定位銷定位；所述下模包括固定塊、下模具和下鑲塊，下模具固定在液壓脹形機(jī)工作臺上，下模具采用對稱結(jié)構(gòu)，其兩端為半圓柱形型腔，下鑲塊固定在下模具型腔內(nèi)，固定塊共有兩個，固定塊上有一個半圓柱形型腔，兩個固定塊固定在下模具的兩端，分別與下模具的兩個半圓柱形型腔組成兩個圓柱形型腔。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于液壓脹形工藝的管材成形極限曲線的測試裝 置，其特征是，所述上連接板形狀為長方體，上連接板中心和對稱面與液壓脹形 機(jī)主缸工作面的中心及對稱面重合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于液壓脹形工藝的管材成形極限曲線的測試裝 置，其特征是，所述上鑲塊形狀為長方體，上鑲塊的中心和對稱面與上連接板的 中心及對稱面重合，上鑲塊長度和寬度與下模具矩形型腔部分相同，上鑲塊的對 稱面與下模具矩形型腔的對稱面重合，上鑲塊能在下模具矩形型腔內(nèi)上下運(yùn)動。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的用于液壓脹形工藝的管材成形極限曲線的測 試裝置，其特征是，所述上鑲塊，其在測量拉一拉應(yīng)變狀態(tài)下的成形極限曲線時， 底面與側(cè)面之間有圓形倒角。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于液壓脹形工藝的管材成形極限曲線的測試裝 置，其特征是，所述下模具，其每個半圓柱形型腔的外端有一個倒角，下模具的 中間部分為模具型腔，模具型腔的上部為長方體型腔，長方體型腔的底面與兩端 的圓柱形表面的水平切面重合，模具型腔的下部為半圓柱形型腔，該半圓柱形型 腔的圓柱表面與上部的矩形表面相切，下模具的中心和對稱面與液壓脹形機(jī)的工 作臺中心及對稱面重合。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于液壓脹形工藝的管材成形極限曲線的測試裝 置，其特征是，所述固定塊上的半圓柱形型腔，其長度和半徑與下模具兩端的半 圓柱面相同。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的用于液壓脹形工藝的管材成形極限曲線的測 試裝置，其特征是，所述固定塊的半圓柱面的一端有一個倒角，倒角的尺寸與下 模具半圓柱面外端的倒角尺寸相同，固定塊上半圓柱面有倒角的一端朝外。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于液壓脹形工藝的管材成形極限曲線的測試裝 置，其特征是，所述下鑲塊形狀為一個半圓柱，其長度和半徑與下模具的模具型 腔下部的半圓柱面的長度和半徑相同。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于液壓脹形工藝的管材成形極限曲線的測試裝 置，其特征是，所述左推桿和右推桿，其軸線與下模具兩端的半圓柱面軸線重合， 左推桿和右推桿的結(jié)構(gòu)完全相同，在推桿的中心有一個圓孔，用作高壓液體的流 動通道。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的用于液壓脹形工藝的管材成形極限曲線的測 試裝置，其特征是，所述推桿，其在測量拉一拉應(yīng)變狀態(tài)下的成形極限曲線時， 直徑大于下模具兩端半圓柱面的直徑，在推桿的端面上有一個倒角，倒角的角度 與下模具及固定塊組成的圓柱面端部的倒角角度相同；在測量拉一壓應(yīng)變狀態(tài)下 的成形極限曲線時，推桿的直徑稍小于下模具兩端半圓柱面的直徑，推桿的端部 有一個倒角和臺階。
全文摘要
一種機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域的用于液壓脹形工藝的管材成形極限曲線的測試裝置，包括上模、下模、推桿，其中所述上模包括上連接板和上鑲塊，上連接板連接到液壓脹形機(jī)的主缸上，上鑲塊固定在上連接板上，通過定位銷定位；所述下模包括固定塊、下模具和下鑲塊，下模具固定在液壓脹形機(jī)工作臺上，下模具采用對稱結(jié)構(gòu)，其兩端為半圓柱形型腔，下鑲塊固定在下模具型腔內(nèi)，固定塊共有兩個，固定塊上有一個半圓柱形型腔，兩個固定塊固定在下模具的兩端，分別與下模具的兩個半圓柱形型腔組成兩個圓柱形型腔。本發(fā)明使管材既能以線性或準(zhǔn)線性應(yīng)變路徑變形并達(dá)到極限應(yīng)變狀態(tài)，又能使應(yīng)變比在-1到1之間變動。
文檔編號G01N3/28GK101285749SQ200810037829
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
發(fā)明者于忠奇, 徐祥合, 來新民, 林忠欽, 武志剛 申請人:上海交通大學(xué)