金屬材料杯突值的測(cè)定方法及其模具的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬材料杯突值的測(cè)定方法及模具，方法包括：1）壓緊試樣：根據(jù)金屬試樣的抗拉強(qiáng)度選擇合適大小的壓邊力，用該壓邊力將試樣的周邊壓緊，以阻止試樣邊部材料流動(dòng)；2）沖壓試樣：在試樣中心部位用潤(rùn)滑脂粘貼聚乙烯薄膜進(jìn)行潤(rùn)滑，然后用沖頭對(duì)該中心部位進(jìn)行沖壓，沖壓速度為0.5mm/s～2.0mm/s；3）測(cè)定杯突值：在沖壓過(guò)程中，當(dāng)沖頂力下降1～6kN時(shí)，停止沖壓，此時(shí)最大沖頂力對(duì)應(yīng)的沖頭位移即為杯突值。該模具在壓模和墊模上設(shè)置了相互配合的拉延筋。本發(fā)明充分考慮了壓邊力，潤(rùn)滑劑及沖壓速度對(duì)杯突值測(cè)試結(jié)構(gòu)的影響，并對(duì)裂紋判斷進(jìn)行了定量控制，而且還通過(guò)優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)進(jìn)一步阻止試樣邊部材料流動(dòng)，從而提高了測(cè)試結(jié)果的精確度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】金屬材料杯突值的測(cè)定方法及其模具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金測(cè)試技術(shù)，具體地指一種金屬材料杯突值的測(cè)定方法及其模具?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]埃里克森杯突試驗(yàn)方法(GB/T4156-2007)是一種測(cè)定金屬薄板和薄帶在拉延成形時(shí)承受塑性變形能力的試驗(yàn)方法，其原理是將一個(gè)端部為球形的沖頭對(duì)著一個(gè)被夾緊在墊模和壓模內(nèi)的金屬試樣進(jìn)行沖壓，形成一個(gè)凹痕，直至出現(xiàn)一條穿透裂紋，此時(shí)依據(jù)沖頭位移測(cè)得的凹痕深度即為杯突值，然后將該杯突值作為評(píng)判金屬極限深沖性能的一種性能指標(biāo)，杯突值越大，表示材料深沖性能越優(yōu)越。然而，用埃里克森杯突試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法在進(jìn)行杯突值測(cè)定時(shí)，存在杯突值測(cè)試結(jié)果精度級(jí)差，穩(wěn)定性級(jí)差，可比性重復(fù)性級(jí)差的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)具體體現(xiàn)如下:對(duì)不同強(qiáng)度材料進(jìn)行杯突值測(cè)試時(shí)，時(shí)而會(huì)有與實(shí)際情況相反的測(cè)試結(jié)果，如:用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)得的雙相鋼的杯突值大于IF鋼的杯突值，這是與事實(shí)不符的；采用不同的潤(rùn)滑劑對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大；穿透裂紋觀察的準(zhǔn)確度不能定量控制，從而導(dǎo)致測(cè)得的杯突值結(jié)果分散，通過(guò)降低后期沖壓速度來(lái)觀察穿透裂紋的話，因忽略了沖壓速度對(duì)測(cè)試結(jié)構(gòu)的影響，同樣會(huì)導(dǎo)致結(jié)果分散。因此，找到一種能精確測(cè)定金屬杯突值的方法，便成為亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是要提供一種金屬材料杯突值的測(cè)定方法及其模具，該方法能精確測(cè)定金屬杯突值，測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定，可準(zhǔn)確反映出金屬材料的雙向拉延成形性能。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種金屬材料杯突值的測(cè)定方法，包括如下步驟:
[0005]I)壓緊試 樣:根據(jù)金屬試樣的抗拉強(qiáng)度選擇合適大小的壓邊力，用該壓邊力將試樣的周邊壓緊，以阻止試樣邊部材料流動(dòng)；
[0006]2)沖壓試樣:在試樣的中心部位用潤(rùn)滑脂粘貼聚乙烯薄膜進(jìn)行潤(rùn)滑，然后用沖頭對(duì)該中心部位進(jìn)行沖壓，沖壓速度為0.5mm/s~2.0mm/s ；
[0007]3)測(cè)定杯突值:在沖壓過(guò)程中，當(dāng)沖頂力下降IkN~6kN時(shí),停止沖壓,此時(shí),最大沖頂力對(duì)應(yīng)的沖頭位移即為杯突值。
[0008]進(jìn)一步地，所述步驟I)中，所述金屬試樣為厚度0.1~2.0mm且抗拉強(qiáng)度在600MPa以下的金屬薄板，其選用的壓邊力為100~200kN。
[0009]進(jìn)一步地，所述步驟I)中，所述金屬試樣為厚度0.1~2.0mm且抗拉強(qiáng)度在600MPa以上的金屬薄板，其選用的壓邊力≥200kN。
[0010]進(jìn)一步地，所述金屬為鋁合金或IF鋼。
[0011]更進(jìn)一步地,所述金屬為雙相鋼。
[0012]一種為實(shí)現(xiàn)上述方法而設(shè)計(jì)的金屬材料杯突值的測(cè)定模具，包括壓于金屬材料上方的環(huán)形壓膜和墊于金屬材料下方的環(huán)形墊模，所述墊模的中心部位設(shè)有端部為球形的沖頭，所述壓模的底面上設(shè)有環(huán)形凸筋，所述墊模的頂面上設(shè)有與所述凸筋相配合的凹筋。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0014]其一，標(biāo)準(zhǔn)方法中對(duì)于所有金屬材料均采用IOKN的壓邊力，而本發(fā)明充分考慮了壓邊力大小對(duì)杯突值測(cè)試結(jié)果的影響，針對(duì)不同強(qiáng)度的金屬選擇合適大小的壓邊力，從而徹底阻止金屬試樣的邊部材料向試樣中心部位流動(dòng),進(jìn)而提高杯突值數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0015]其二，本發(fā)明充分考慮了潤(rùn)滑劑對(duì)杯突值測(cè)試結(jié)果的影響，將試樣與沖頭接觸的中心部位用潤(rùn)滑脂粘貼聚乙烯薄膜進(jìn)行潤(rùn)滑，相比標(biāo)準(zhǔn)方法中只涂少量潤(rùn)滑脂，本發(fā)明方法中的潤(rùn)滑方式的潤(rùn)滑效果更充分，聚乙烯薄膜潤(rùn)滑具有可靠的穩(wěn)定性，能確保裂紋開(kāi)裂在試樣的中心部位，有利于提高杯突值測(cè)試的精確度。
[0016]其三，標(biāo)準(zhǔn)方法中規(guī)定裂紋顯示出穿過(guò)試樣的整個(gè)厚度時(shí)，立即停止沖頭，把此時(shí)沖頭的位移作為杯突值，因出現(xiàn)裂紋的時(shí)間點(diǎn)是通過(guò)觀察來(lái)判斷的，誤差較大，從而使得杯突值結(jié)果分散，如果降低后期沖壓速度來(lái)觀察穿透裂紋，因忽略了沖壓速度的影響，同樣會(huì)導(dǎo)致結(jié)果分散，而本發(fā)明中，利用試樣在即將開(kāi)裂時(shí)會(huì)出現(xiàn)力值衰退現(xiàn)象這一特征，當(dāng)沖頂力下降I?6kN時(shí)，停止沖壓，實(shí)現(xiàn)了裂紋穿透時(shí)間判斷的定量控制，從而進(jìn)一步提高了杯突值測(cè)試結(jié)果的精確度。
[0017]其四，本發(fā)明在沖壓速度不產(chǎn)生明顯應(yīng)變速率效應(yīng)的前提下，選用0.5mm/s?
2.0mm/s的杯突值測(cè)試沖壓速度，提高了測(cè)試速度。
[0018]其五，本發(fā)明通過(guò)改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)，在壓模和墊模上設(shè)置相互配合的拉延筋，進(jìn)一步阻止金屬試樣的邊部材料向試樣中心部位流動(dòng)，使得杯突值測(cè)試結(jié)果能更真實(shí)反映金屬材料的雙向拉延成形性能；本發(fā)明操作簡(jiǎn)單方便，實(shí)用性強(qiáng)，適用于金屬材料雙向拉延成形性能的評(píng)定，其測(cè)試結(jié)果可作為金屬薄板生產(chǎn)和應(yīng)用的指導(dǎo)性指標(biāo)，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為一種金屬材料杯突值測(cè)定模具的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為圖1中壓模的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為圖1中墊模的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為雙相鋼的沖頂力-位移曲線。
[0023]圖5為IF鋼的沖頂力-位移曲線。
[0024]圖6為采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑后裂紋在試樣上的位置示意圖。
[0025]圖7為采用潤(rùn)滑脂粘貼聚乙烯薄膜潤(rùn)滑后裂紋在試樣上的位置示意圖。
[0026]圖8為沖壓速度-杯突值柱狀圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，便于更清楚地了解本發(fā)明，但它們不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限定。
[0028]如圖1所示，一種金屬材料杯突值的測(cè)定模具，包括壓于金屬材料上方的環(huán)形壓膜I和墊于金屬材料下方的環(huán)形墊模2，所述墊模2的中心部位設(shè)有端部為球形的沖頭3，所述壓模I的底面上設(shè)有環(huán)形凸筋4 (如圖2所示)，所述墊模2的頂面上設(shè)有與所述凸筋4相配合的凹筋5 (如圖3所示)，該沖頭3，壓模I及墊模2均裝配在現(xiàn)有的沖壓試驗(yàn)機(jī)上。[0029]一種金屬材料杯突值的測(cè)定方法，包括如下步驟:
[0030]I)壓緊試樣:將圖1中的模具安裝在沖壓試驗(yàn)機(jī)上，將金屬試樣6置于壓模I和墊模2之間，然后根據(jù)金屬試樣6的抗拉強(qiáng)度選擇合適大小的壓邊力，用該壓邊力將金屬試樣6的周邊壓緊，以阻止試樣邊部材料流動(dòng)，其中，當(dāng)該金屬試樣6為厚度0.1~2.0mm且抗拉強(qiáng)度在600MPa以下的金屬薄板時(shí)，壓邊力優(yōu)選100~200kN，當(dāng)該金屬試樣6為厚度
0.1~2.0mm且抗拉強(qiáng)度在600MPa以上的金屬薄板時(shí)，其優(yōu)選壓邊力≥200kN;
[0031]2)沖壓試樣:在試樣6的中心部位用潤(rùn)滑脂粘貼聚乙烯薄膜進(jìn)行潤(rùn)滑，然后用沖頭3對(duì)該中心部位進(jìn)行沖壓，沖壓速度為0.5mm/s~2.0mm/s ；
[0032]3)測(cè)定杯突值:在沖壓過(guò)程中，沖壓試驗(yàn)機(jī)記錄沖頂力-位移曲線，當(dāng)沖頂力下降IkN~6kN時(shí)，停止沖壓，此時(shí)，沖頂力-位移曲線上記錄的最大沖頂力對(duì)應(yīng)的沖頭位移即為杯突值。
[0033]實(shí)施例1:
[0034]選取1.5臟厚的雙相鋼6000?試樣，該雙相鋼的抗拉強(qiáng)度為63010^，延伸率為23.1%，將該試樣置于壓模和墊模之間，用250kN的壓邊力將試樣的周邊壓緊，以阻止試樣邊部材料流動(dòng)；同時(shí)，在試樣的中心部位用潤(rùn)滑脂粘貼聚乙烯薄膜進(jìn)行潤(rùn)滑，然后用沖頭對(duì)該中心部位進(jìn)行沖壓，沖壓速度為1.0mm/s ;在沖壓過(guò)程中，沖壓試驗(yàn)機(jī)記錄沖頂力-位移曲線，如圖4所示，當(dāng)沖頂力下降5kN時(shí)，停止沖壓，此時(shí)讀出沖頂力-位移曲線上記錄的最大沖頂力對(duì)應(yīng)的沖頭位移即為杯突值，得到該鋼板的杯突值為10.30_，其中，壓邊力，沖壓速度，裂紋判斷沖頂力這些參數(shù)均在啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)之前設(shè)定好。
[0035]實(shí)施例2
[0036]選取1.5mm厚的高強(qiáng)IF鋼HC260Y，該高強(qiáng)IF鋼的抗拉強(qiáng)度為400MPa，延伸率為36.2%，將該試樣置于壓模和墊模之間，用150kN的壓邊力將試樣的周邊壓緊，以阻止試樣邊部材料流動(dòng)；同時(shí)，在試樣的中心部位用潤(rùn)滑脂粘貼聚乙烯薄膜進(jìn)行潤(rùn)滑，然后用沖頭對(duì)該中心部位進(jìn)行沖壓，沖壓速度為2.0mm/s ;在沖壓過(guò)程中，沖壓試驗(yàn)機(jī)記錄沖頂力-位移曲線，如圖5所示，當(dāng)沖頂力下降6kN時(shí)，停止沖壓，此時(shí)讀出沖頂力-位移曲線上記錄的最大沖頂力對(duì)應(yīng)的沖頭位移即為杯突值，得到該鋼板的杯突值為10.05mm。
[0037]為驗(yàn)證本發(fā)明方法的優(yōu)越性，以下針對(duì)本發(fā)明方法中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn):
[0038]I)壓邊力對(duì)杯突值的影響對(duì)比試驗(yàn)
[0039]選取1.5_1厚的雙相鋼6000?試樣，該雙相鋼的抗拉強(qiáng)度為63010^，延伸率為23.1%,另選取1.5mm厚的高強(qiáng)IF鋼HC260Y，該高強(qiáng)IF鋼的抗拉強(qiáng)度為400MPa，延伸率為36.2%，從這些性能可知，高強(qiáng)IF鋼的沖壓成形性能優(yōu)于雙相鋼，然后對(duì)這兩種不同強(qiáng)度的鋼分別在不同壓邊力情況下進(jìn)行杯突值測(cè)試，其中，模具為現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)模具，沖壓速度均為
1.0mm/s，均采用潤(rùn)滑脂和聚乙烯薄膜潤(rùn)滑，裂紋自動(dòng)判斷設(shè)置為5kN，不同壓邊力下測(cè)得杯突值見(jiàn)以下表1:
[0040]表1
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種金屬材料杯突值的測(cè)定方法，包括如下步驟: 1)壓緊試樣:根據(jù)金屬試樣的抗拉強(qiáng)度選擇合適大小的壓邊力，用該壓邊力將試樣的周邊壓緊，以阻止試樣邊部材料流動(dòng)； 2)沖壓試樣:在試樣的中心部位用潤(rùn)滑脂粘貼聚乙烯薄膜進(jìn)行潤(rùn)滑，然后用沖頭對(duì)該中心部位進(jìn)行沖壓，沖壓速度為0.5mm/s~2.0mm/s ； 3)測(cè)定杯突值:在沖壓過(guò)程中，當(dāng)沖頂力下降IkN~6kN時(shí)，停止沖壓，此時(shí)，最大沖頂力對(duì)應(yīng)的沖頭位移即為杯突值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料杯突值的測(cè)定方法，其特征在于:所述步驟I)中，所述金屬試樣為厚度0.1~2.0mm且抗拉強(qiáng)度在600MPa以下的金屬薄板,其選用的壓邊力為 100 ~200kN。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料杯突值的測(cè)定方法，其特征在于:所述步驟I)中，所述金屬試樣為厚度0.1~2.0mm且抗拉強(qiáng)度在600MPa以上的金屬薄板,其選用的壓邊力≥200kN。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬材料杯突值的測(cè)定方法，其特征在于:所述金屬為鋁合金或IF鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的金屬材料杯突值的測(cè)定方法，其特征在于:所述金屬為雙相鋼。
6.一種為實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法而設(shè)計(jì)的金屬材料杯突值的測(cè)定模具，包括壓于金屬材料上方的環(huán)形壓膜(I)和墊于金屬材料下方的環(huán)形墊模(2)，所述墊模(2)的中心部位設(shè)有端部為球形的沖頭(3)，其特征在于:所述壓模(I)的底面上設(shè)有環(huán)形凸筋(4)，所述墊模(2)的頂面上設(shè)有與所述凸筋(4)相配合的凹筋(5)。
【文檔編號(hào)】G01N3/28GK103698233SQ201310689509
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】吳青松, 祝洪川, 王輝, 葛銳, 雷澤紅, 趙春暉, 周少云, 龍安, 陳寅 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司