金屬材料杯突值的測定方法及其模具的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種金屬材料杯突值的測定方法及模具，方法包括：1）壓緊試樣：根據金屬試樣的抗拉強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；2）沖壓試樣：在試樣中心部位用潤滑脂粘貼聚乙烯薄膜進行潤滑，然后用沖頭對該中心部位進行沖壓，沖壓速度為0.5mm/s～2.0mm/s；3）測定杯突值：在沖壓過程中，當沖頂力下降1～6kN時，停止沖壓，此時最大沖頂力對應的沖頭位移即為杯突值。該模具在壓模和墊模上設置了相互配合的拉延筋。本發明充分考慮了壓邊力，潤滑劑及沖壓速度對杯突值測試結構的影響，并對裂紋判斷進行了定量控制，而且還通過優化模具結構進一步阻止試樣邊部材料流動，從而提高了測試結果的精確度。
【專利說明】金屬材料杯突值的測定方法及其模具
【技術領域】
[0001]本發明涉及冶金測試技術，具體地指一種金屬材料杯突值的測定方法及其模具。【背景技術】
[0002]埃里克森杯突試驗方法(GB/T4156-2007)是一種測定金屬薄板和薄帶在拉延成形時承受塑性變形能力的試驗方法，其原理是將一個端部為球形的沖頭對著一個被夾緊在墊模和壓模內的金屬試樣進行沖壓，形成一個凹痕，直至出現一條穿透裂紋，此時依據沖頭位移測得的凹痕深度即為杯突值，然后將該杯突值作為評判金屬極限深沖性能的一種性能指標，杯突值越大，表示材料深沖性能越優越。然而，用埃里克森杯突試驗標準方法在進行杯突值測定時，存在杯突值測試結果精度級差，穩定性級差，可比性重復性級差的缺點，這些缺點具體體現如下:對不同強度材料進行杯突值測試時，時而會有與實際情況相反的測試結果，如:用標準方法測得的雙相鋼的杯突值大于IF鋼的杯突值，這是與事實不符的；采用不同的潤滑劑對測試結果影響較大；穿透裂紋觀察的準確度不能定量控制，從而導致測得的杯突值結果分散，通過降低后期沖壓速度來觀察穿透裂紋的話，因忽略了沖壓速度對測試結構的影響，同樣會導致結果分散。因此，找到一種能精確測定金屬杯突值的方法，便成為亟待解決的問題。

【發明內容】

[0003]本發明的目的就是要提供一種金屬材料杯突值的測定方法及其模具，該方法能精確測定金屬杯突值，測試結果穩定，可準確反映出金屬材料的雙向拉延成形性能。
[0004]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:一種金屬材料杯突值的測定方法，包括如下步驟:
[0005]I)壓緊試 樣:根據金屬試樣的抗拉強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；
[0006]2)沖壓試樣:在試樣的中心部位用潤滑脂粘貼聚乙烯薄膜進行潤滑，然后用沖頭對該中心部位進行沖壓，沖壓速度為0.5mm/s~2.0mm/s ；
[0007]3)測定杯突值:在沖壓過程中，當沖頂力下降IkN~6kN時,停止沖壓,此時,最大沖頂力對應的沖頭位移即為杯突值。
[0008]進一步地，所述步驟I)中，所述金屬試樣為厚度0.1~2.0mm且抗拉強度在600MPa以下的金屬薄板，其選用的壓邊力為100~200kN。
[0009]進一步地，所述步驟I)中，所述金屬試樣為厚度0.1~2.0mm且抗拉強度在600MPa以上的金屬薄板，其選用的壓邊力≥200kN。
[0010]進一步地，所述金屬為鋁合金或IF鋼。
[0011]更進一步地,所述金屬為雙相鋼。
[0012]一種為實現上述方法而設計的金屬材料杯突值的測定模具，包括壓于金屬材料上方的環形壓膜和墊于金屬材料下方的環形墊模，所述墊模的中心部位設有端部為球形的沖頭，所述壓模的底面上設有環形凸筋，所述墊模的頂面上設有與所述凸筋相配合的凹筋。
[0013]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
[0014]其一，標準方法中對于所有金屬材料均采用IOKN的壓邊力，而本發明充分考慮了壓邊力大小對杯突值測試結果的影響，針對不同強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,進而提高杯突值數據的準確性。
[0015]其二，本發明充分考慮了潤滑劑對杯突值測試結果的影響，將試樣與沖頭接觸的中心部位用潤滑脂粘貼聚乙烯薄膜進行潤滑，相比標準方法中只涂少量潤滑脂，本發明方法中的潤滑方式的潤滑效果更充分，聚乙烯薄膜潤滑具有可靠的穩定性，能確保裂紋開裂在試樣的中心部位，有利于提高杯突值測試的精確度。
[0016]其三，標準方法中規定裂紋顯示出穿過試樣的整個厚度時，立即停止沖頭，把此時沖頭的位移作為杯突值，因出現裂紋的時間點是通過觀察來判斷的，誤差較大，從而使得杯突值結果分散，如果降低后期沖壓速度來觀察穿透裂紋，因忽略了沖壓速度的影響，同樣會導致結果分散，而本發明中，利用試樣在即將開裂時會出現力值衰退現象這一特征，當沖頂力下降I?6kN時，停止沖壓，實現了裂紋穿透時間判斷的定量控制，從而進一步提高了杯突值測試結果的精確度。
[0017]其四，本發明在沖壓速度不產生明顯應變速率效應的前提下，選用0.5mm/s?
2.0mm/s的杯突值測試沖壓速度，提高了測試速度。
[0018]其五，本發明通過改進模具結構，在壓模和墊模上設置相互配合的拉延筋，進一步阻止金屬試樣的邊部材料向試樣中心部位流動，使得杯突值測試結果能更真實反映金屬材料的雙向拉延成形性能；本發明操作簡單方便，實用性強，適用于金屬材料雙向拉延成形性能的評定，其測試結果可作為金屬薄板生產和應用的指導性指標，具有推廣應用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為一種金屬材料杯突值測定模具的剖面結構示意圖。
[0020]圖2為圖1中壓模的剖面結構示意圖。
[0021]圖3為圖1中墊模的剖面結構示意圖。
[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為采用潤滑脂潤滑后裂紋在試樣上的位置示意圖。
[0025]圖7為采用潤滑脂粘貼聚乙烯薄膜潤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。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明，便于更清楚地了解本發明，但它們不對本發明構成限定。
[0028]如圖1所示，一種金屬材料杯突值的測定模具，包括壓于金屬材料上方的環形壓膜I和墊于金屬材料下方的環形墊模2，所述墊模2的中心部位設有端部為球形的沖頭3，所述壓模I的底面上設有環形凸筋4 (如圖2所示)，所述墊模2的頂面上設有與所述凸筋4相配合的凹筋5 (如圖3所示)，該沖頭3，壓模I及墊模2均裝配在現有的沖壓試驗機上。[0029]一種金屬材料杯突值的測定方法，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機上，將金屬試樣6置于壓模I和墊模2之間，然后根據金屬試樣6的抗拉強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，其中，當該金屬試樣6為厚度0.1~2.0mm且抗拉強度在600MPa以下的金屬薄板時，壓邊力優選100~200kN，當該金屬試樣6為厚度
0.1~2.0mm且抗拉強度在600MPa以上的金屬薄板時，其優選壓邊力≥200kN;
[0031]2)沖壓試樣:在試樣6的中心部位用潤滑脂粘貼聚乙烯薄膜進行潤滑，然后用沖頭3對該中心部位進行沖壓，沖壓速度為0.5mm/s~2.0mm/s ；
[0032]3)測定杯突值:在沖壓過程中，沖壓試驗機記錄沖頂力-位移曲線，當沖頂力下降IkN~6kN時，停止沖壓，此時，沖頂力-位移曲線上記錄的最大沖頂力對應的沖頭位移即為杯突值。
[0033]實施例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；同時，在試樣的中心部位用潤滑脂粘貼聚乙烯薄膜進行潤滑，然后用沖頭對該中心部位進行沖壓，沖壓速度為1.0mm/s ;在沖壓過程中，沖壓試驗機記錄沖頂力-位移曲線，如圖4所示，當沖頂力下降5kN時，停止沖壓，此時讀出沖頂力-位移曲線上記錄的最大沖頂力對應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均在啟動試驗機之前設定好。
[0035]實施例2
[0036]選取1.5mm厚的高強IF鋼HC260Y，該高強IF鋼的抗拉強度為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；同時，在試樣的中心部位用潤滑脂粘貼聚乙烯薄膜進行潤滑，然后用沖頭對該中心部位進行沖壓，沖壓速度為2.0mm/s ;在沖壓過程中，沖壓試驗機記錄沖頂力-位移曲線，如圖5所示，當沖頂力下降6kN時，停止沖壓，此時讀出沖頂力-位移曲線上記錄的最大沖頂力對應的沖頭位移即為杯突值，得到該鋼板的杯突值為10.05mm。
[0037]為驗證本發明方法的優越性，以下針對本發明方法中的相關參數進行對比試驗:
[0038]I)壓邊力對杯突值的影響對比試驗
[0039]選取1.5_1厚的雙相鋼6000?試樣，該雙相鋼的抗拉強度為63010^，延伸率為23.1%,另選取1.5mm厚的高強IF鋼HC260Y，該高強IF鋼的抗拉強度為400MPa，延伸率為36.2%，從這些性能可知，高強IF鋼的沖壓成形性能優于雙相鋼，然后對這兩種不同強度的鋼分別在不同壓邊力情況下進行杯突值測試，其中，模具為現有標準模具，沖壓速度均為
1.0mm/s，均采用潤滑脂和聚乙烯薄膜潤滑，裂紋自動判斷設置為5kN，不同壓邊力下測得杯突值見以下表1:
[0040]表1
[0041]
【權利要求】
1.一種金屬材料杯突值的測定方法，包括如下步驟: 1)壓緊試樣:根據金屬試樣的抗拉強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； 2)沖壓試樣:在試樣的中心部位用潤滑脂粘貼聚乙烯薄膜進行潤滑，然后用沖頭對該中心部位進行沖壓，沖壓速度為0.5mm/s~2.0mm/s ； 3)測定杯突值:在沖壓過程中，當沖頂力下降IkN~6kN時，停止沖壓，此時，最大沖頂力對應的沖頭位移即為杯突值。
2.根據權利要求1所述的金屬材料杯突值的測定方法，其特征在于:所述步驟I)中，所述金屬試樣為厚度0.1~2.0mm且抗拉強度在600MPa以下的金屬薄板,其選用的壓邊力為 100 ~200kN。
3.根據權利要求1所述的金屬材料杯突值的測定方法，其特征在于:所述步驟I)中，所述金屬試樣為厚度0.1~2.0mm且抗拉強度在600MPa以上的金屬薄板,其選用的壓邊力≥200kN。
4.根據權利要求1或2所述的金屬材料杯突值的測定方法，其特征在于:所述金屬為鋁合金或IF鋼。
5.根據權利要求1或3所述的金屬材料杯突值的測定方法，其特征在于:所述金屬為雙相鋼。
6.一種為實現權利要求1所述方法而設計的金屬材料杯突值的測定模具，包括壓于金屬材料上方的環形壓膜(I)和墊于金屬材料下方的環形墊模(2)，所述墊模(2)的中心部位設有端部為球形的沖頭(3)，其特征在于:所述壓模(I)的底面上設有環形凸筋(4)，所述墊模(2)的頂面上設有與所述凸筋(4)相配合的凹筋(5)。
【文檔編號】G01N3/28GK103698233SQ201310689509
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】吳青松, 祝洪川, 王輝, 葛銳, 雷澤紅, 趙春暉, 周少云, 龍安, 陳寅 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司