基于光学非接触式的板料成形极限的测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于光学非接触式的板料成形极限的测量方法，属于金属板料成形技术领域。步骤包括：试样准备：采用线切割的方式将板料毛坯切割成符合标准要求的尺寸及几何形状的试件；网格印制：采用电解液腐蚀法对试件印制网格；胀形实验：在成形试验机上进行胀形实验直至试件发生颈缩或破裂；标定摄像头：利用光学应变测量设备对相机进行标定；网格应变处理：从多个角度记录试样表面的图像信息，分析处理获得试验件变形失稳部位的主次应变分布；建立成形极限图，将获得的极限应变点拟合成适当的曲线或构成条带形区域，以建立板料的的成形极限图。具有测量操作方便，自动化程度高，测量结果准确、可靠的特点，并且具有很好的普适性。

Measurement method of sheet metal forming limit based on optical non-contact

The invention relates to a measurement method of sheet metal forming limit based on optical non-contact type, belonging to the technical field of sheet metal forming. The steps include: sample preparation: using wire cutting to cut the blank into test pieces of size and geometry that meet the standard requirements; grid printing: using electrolyte corrosion method to print grid on the test piece; bulging experiment: carrying out bulging experiment on the forming tester until the test piece necks or cracks; calibrating camera: using optical strain measuring equipment to carry out camera Calibration; grid strain processing: record the image information of the specimen surface from multiple angles, analyze and process to obtain the primary and secondary strain distribution of the deformation and instability parts of the test piece; establish the forming limit diagram, and fit the obtained limit strain points into appropriate curves or forming strip shape areas to establish the forming limit diagram of the sheet metal. It has the characteristics of convenient operation, high degree of automation, accurate and reliable measurement results, and has good universality.

【技术实现步骤摘要】
基于光学非接触式的板料成形极限的测量方法
本专利技术涉及金属板料成形
，特别涉及一种基于光学非接触式的板料成形极限的测量方法。
技术介绍
在板料成形领域，成形极限图（FormingLimitDiagram，FLD），用于确定板料在受到拉伸、胀形或拉伸胀形结合时能够达到的变形程度，反映了板料在发生塑性失稳时的极限应变。是对板料成形性能的一种定量描述，也是评价板料成形性能的重要方法，为方便地研究板料成形极限和评价拉伸失稳理论提供了基础。目前，板料成形极限的测定方法通常有两种：1、理论计算；2、实验确定。理论计算成形极限主要是通过采用不同的屈服准则和塑性本构关系，利用不同的拉伸失稳准则作为判断发生颈缩与破裂的条件来进行解析的。目前较常用的屈服准则包括Hill系列屈服准则(Hill48，Hill1979，Hill1990，Hill1993)，Hosford屈服准则，Barlat，Gotoh屈服准则等。但理论推导只符合特定的线性或近似线性的应变路径，而实际板料的冲压，特别在是成形较复杂的零件或是多工序成形的情况下，往往偏离了线性应变路径，导致无法准确判断板料的失稳现象。且不同屈服准则的适用范围有限，所涉及的参数较多，计算精度受到诸多因素影响，应用不多。因此，迫切需要一种能简单、方便地构建板料成形极限图的实验方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于光学非接触式的板料成形极限的测量方法，克服现有板料成形极限理论计算方法的不足。本专利技术可以高效准确的测量板料成形的极限应变，以建立板料的成形极限图。第一步，试样准备：采用线切割的方式将板料毛坯切割成符合标准要求的尺寸及几何形状的试件；第二步，网格印制：采用电解液腐蚀法对试件印制网格；第三步，胀形实验：在成形试验机上进行胀形实验直至试件发生颈缩或破裂；第四步，标定摄像头：利用光学应变测量设备对相机进行标定；第五步，网格应变处理：从多个角度记录试样表面的图像信息，分析处理获得试验件变形失稳部位的主次应变分布；第六步，建立成形极限图，将获得的极限应变点拟合成适当的曲线或构成条带形区域，以建立板料的的成形极限图。本明具有测量操作方便，自动化程度高，测量结果准确、可靠的特点，并且具有很好的普适性。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：基于光学非接触式的板料成形极限的测量方法，包括如下步骤：1）试样准备：将板料毛坯切割成符合标准要求的尺寸及几何形状的试样，为减小压边圈处的应力集中，将小尺寸试样设计成中部稍窄的哑铃状，有效成形区域为由中心向两侧均匀过渡的弧形，并将大尺寸试样设计为矩形；2）网格印制：用有机溶剂清洗干净试样表面，并采用电解液腐蚀法在所需要测量的试样表面印制圆形网格，网格为直径1mm的实心圆点，且圆形网格的圆心距为2mm；3）胀形试验：在成形试验机上进行凸模胀形实验，为减小摩擦，在试样和冲头之间放置硅胶垫，将试样的网格面背向冲头，利用成形试验设备产生的压边力压紧试样材料的边部，在冲头的作用下试样中部发生胀形形变，胀形至试样发生颈缩或者开裂时，停止实验；4）标定摄像头：使用多个标定点确定测量过程中的三维空间坐标系；在光学测量过程中，改变摄像头的位置，从多个角度记录试样表面的图像信息，并保证试样上所有实心圆点都被摄像头记录通过摄像头获取变形后试样上的所有的实心圆点的相对位置；5）网格应变处理：将记录的试样图像信息导入到专用的处理软件中，二维影像图被处理成三维立体图像，并由软件将临近的实心圆点连接为四边形网格，通过图像匹配的方法对比分析变形前后各实心圆点的空间位置差异，并根据网格边长的变化自动计算断裂临界区的主次应变；6）建立成形极限按图：e1为工程主应变，e2为工程次应变，d1为临界网格圆长轴直径，d2为临界网格圆短轴直径，d0为网格圆初始直径；应变测量计算原理如下公式：e1=(d1-d0)/d0×100(%)(1)e2=(d2-d0)/d0×100(%)(2)以工程主应变e1为纵坐标，工程次应变e2为横坐标，建立应变坐标系；将求得的极限应变点拟合成适当的曲线或构成条带形区域，以建立板料的的成形极限图。步骤中1）所述的试样准备要求试样表面平整、边缘无裂纹，厚度在0.3~3mm，应至少准备5种不同尺寸的试样，且每种类型的试样不少于3个。步骤中2）所述的试样表面圆形网格制备清晰完整且制备范围大于所测量变形区域。步骤中3）所述的胀形实验在室温下进行成形，或者对试件高温加热后进行高温胀形。本专利技术采用的润滑物质为聚乙烯薄膜、硅胶垫或润滑油；有机溶剂为工业酒精或丙酮。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术克服现有板料成形极限理论计算方法的不足，提供了一种操作简单、可以高效准确的测量板料成形极限应变的方法。2、本专利技术以失稳区边界点所能达到的最大主应变数值作为板料的极限主应变，具有明确的物理意义。3、本专利技术使用网格圆点作为测量依据，测量范围可根据实际需求进行设定，适用范围广泛；且极限应变测量效率较高。4、本专利技术使用的是光学测量的方式，是一种非接触测量方法。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术的步骤流程图；图2为本专利技术的凸模胀形实验原理图；图3为本专利技术实施例中的实验件形状和尺寸图；图4为本专利技术实施例中的圆形网格形状尺寸示意图；图5为本专利技术实施例中的板料成形极限图。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及其具体实施方式。参见图1至图5所示，本专利技术的基于光学非接触式的板料成形极限的测量方法，包括如下步骤：第一步，试样准备，将厚度为0.2mm~3mm的板料毛坯切割成符合标准的尺寸和几何形状要求的试件，通过改变试样有效成形区域的宽度来实现不同应变路径；板料试样准备要求应保证制备的试样边缘无裂纹，且试样表面平整；不同尺寸和几何形状的试样至少准备5种，且每种类型的试样不少于3个。第二步，用有机溶剂将试样表面清洗干净，并采用电解液腐蚀法在所需要测量的试样表面区域印制网格；网格形式为均布的直径1mm实心圆点，且圆形网格的圆心距为2mm；圆形网格制备应清晰完整，且制备范围应大于所测量变形区域。第三步，对试样进行凸模胀形实验，为减小试样和冲头之间的摩擦，在两者间放置润滑物质，并将试样的网格面背向冲头，利用成形试验设备产生的压边力压紧试样材料的边部，在冲头的作用下试样中部产生胀形变形，胀形至试样发生颈缩或者开裂时，停止实验。上述润滑物质为聚乙烯薄膜、硅胶垫或润滑油。第四步，对摄像头进行标定，使用多个标定点确定测量过程中的三维空间坐标系。在光学测量过程中，改变摄像头的位置，从多个角度记录试样表面的图像信息。在测量过程中保证系统标定点始终处于摄像头的记录范围以内，并保证试样上所有实心圆点都被摄像头记录。...

【技术保护点】
1.一种基于光学非接触式的板料成形极限的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：/n1）试样准备：将板料毛坯切割成符合标准要求的尺寸及几何形状的试样，为减小压边圈处的应力集中，将小尺寸试样设计成中部稍窄的哑铃状，有效成形区域为由中心向两侧均匀过渡的弧形，并将大尺寸试样设计为矩形；/n2）网格印制：用有机溶剂清洗干净试样表面，并采用电解液腐蚀法在所需要测量的试样表面印制圆形网格，网格为直径1mm的实心圆点，且圆形网格的圆心距为2mm；/n3）胀形试验：在成形试验机上进行凸模胀形实验，为减小摩擦，在试样和冲头之间放置硅胶垫，将试样的网格面背向冲头，利用成形试验设备产生的压边力压紧试样材料的边部，在冲头的作用下试样中部发生胀形形变，胀形至试样发生颈缩或者开裂时，停止实验；/n4）标定摄像头：使用多个标定点确定测量过程中的三维空间坐标系；在光学测量过程中，改变摄像头的位置，从多个角度记录试样表面的图像信息，并保证试样上所有实心圆点都被摄像头记录通过摄像头获取变形后试样上的所有的实心圆点的相对位置；/n5）网格应变处理：将记录的试样图像信息导入到专用的处理软件中，二维影像图被处理成三维立体图像，并由软件将临近的实心圆点连接为四边形网格，通过图像匹配的方法对比分析变形前后各实心圆点的空间位置差异，并根据网格边长的变化自动计算断裂临界区的主次应变；/n6）建立成形极限按图：...

【技术特征摘要】
1.一种基于光学非接触式的板料成形极限的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）试样准备：将板料毛坯切割成符合标准要求的尺寸及几何形状的试样，为减小压边圈处的应力集中，将小尺寸试样设计成中部稍窄的哑铃状，有效成形区域为由中心向两侧均匀过渡的弧形，并将大尺寸试样设计为矩形；
2）网格印制：用有机溶剂清洗干净试样表面，并采用电解液腐蚀法在所需要测量的试样表面印制圆形网格，网格为直径1mm的实心圆点，且圆形网格的圆心距为2mm；
3）胀形试验：在成形试验机上进行凸模胀形实验，为减小摩擦，在试样和冲头之间放置硅胶垫，将试样的网格面背向冲头，利用成形试验设备产生的压边力压紧试样材料的边部，在冲头的作用下试样中部发生胀形形变，胀形至试样发生颈缩或者开裂时，停止实验；
4）标定摄像头：使用多个标定点确定测量过程中的三维空间坐标系；在光学测量过程中，改变摄像头的位置，从多个角度记录试样表面的图像信息，并保证试样上所有实心圆点都被摄像头记录通过摄像头获取变形后试样上的所有的实心圆点的相对位置；
5）网格应变处理：将记录的试样图像信息导入到专用的处理软件中，二维影像图被处理成三维立体图像，并由软件将临近的实心圆点连接为四边形网格，通过图像匹配的方法对比分析变形前后各实心圆点的空间位置差异，并根据网格边长的变化自动计算断裂临界区的主次应变；
6）建立成形极限按...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丽，蔡中义，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22