金属薄板抗凹性评估方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种金属薄板的抗凹性评估方法和装置，装置包括：装置主体，包含一固定整个装置的门式框架结构、移动横梁、试件托架和试件夹持结构；加载机构，包含一提供静态负荷的加载油缸；测量控制机构，包含一负荷传感器、一位移传感器；压头；移动横梁横跨并滑设于门式框架两侧竖杆，加载油缸置于移动横梁上，压头安装在移动横梁下面并随移动横梁运动，试件设置于压头下方，位移传感器设在试件一侧的竖杆上，负荷传感器位于压头和移动横梁之间。方法包含静态评估和动态评估，静态时由压头在试件上施加的静态负荷和压头因此产生的位移，动态时由压头通过自由落体在试件上施加动态能量和试件因此产生的变形量，分别测出试件的抗凹性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及为一种金属薄板抗凹性的评估方法及装置。为达到上述目的，本专利技术提供一种金属薄板的抗凹性评估装置，包括装置主体，包含一固定整个装置的门式框架结构、移动横梁、试件托架和试件夹持结构；加载机构，包含一提供静态负荷的加载油缸；测量控制机构，包含一负荷传感器、一位移传感器；压头；移动横梁横跨并滑设于门式框架两侧竖杆，加载油缸置于移动横梁上，压头安装在加载油缸下面，试件托架安置在压头下方，其上带有固定试件用的试件夹持结构，测量压头位移的位移传感器设在门式框架一侧的竖杆上，测量压头对试件负荷的负荷传感器位于压头和加载油缸之间。静态试验时由压头在试件上施加的静态负荷和压头因此产生的位移，测出试件的抗凹性；动态时由压头通过自由落体在试件上施加动态能量和试件因此产生的变形量，测出试件的抗凹性。测量控制结构还包含智能数据放大器、D/A数模转换器、伺服阀控制器、A/D模数转换器、计算机；在负荷测量部分，智能数据放大器将负荷传感器信号作为前级模拟信号放大，计算机内采用A/D模数转换器，并用D/A数模转换器对放大器进行自动调零、自动换档，大大提高了精度；位移测量部分采用位移传感器测量压头的位移，并将测量的数值输入到计算机中；控制部分采用D/A控制器和伺服阀控制器作为低压信号输入，通过可编程逻辑控制器进行高压控制，使系统操作运行安全、可靠。本装置还包含为固定试件提供压力的压边油缸、静态试验时，静态负荷由加载油缸提供，压边力由压边油缸提供，加载的负荷大小通过负荷传感器由计算机通过A/D转换，实时控制，保证装置安全工作；压边力也可以通过一个压力传感器由计算机通过A/D转换，实时控制，以满足评估固定试件的需要。加载机构可采用液压伺服机构，在液压伺服机构中，系统压力可用溢流阀上的旋柄调节，由压力表显示，压边油缸压力可用减压阀的旋柄调节，以改变压边油缸对试件的夹持压边力，使压边力满足加载油缸由电液伺服阀控制加载，接通电源后，伺服阀控制器上的指示灯亮，说明工作正常；加载过程由计算机测控系统软件控制。静态评估试验时，加载油缸位移行程，即压头位移，由位移传感器测量，由计算机测控系统软件采集。油泵电机的关按扭具有急停和自锁功能，加大了液压系统工作的安全性。在门式框架的两侧的竖杆上，设有丝杆，移动横梁由电机驱动，在丝杆传动下上下移动；移动横梁上下移动的上下限位置由限位开关限制。在装置主体部分，在门式框架的上、下分别有固定作用的固定横梁和底座；试件托架上的夹持结构可采用压板对试件进行固定。动态试验时，冲击能量由压头提升高度确定，同时在压头的上方可设有一电磁铁，用以控制压头的高度，电磁铁由计算机控制；对在试件上由压头引起的凹痕深度的测量可通过常用的测量仪器，如千分尺、游标卡尺进行测量。同时，由于移动横梁上设有限位开关，计算机对负荷的实时控制，油泵电机关按扭的急停功能，加大了本装置在运行过程中的安全保障。本专利技术主要是对平板件进行抗凹性能评估，对于胀形件和模拟件，可对其进行通常的加工，也可用本专利技术进行抗凹性的评估。将试件安置在试件托架上，并用压板压紧固定，按材料试验机的标准要求，对评估装置的力值及位移值测量部分进行校准，并在试件上对试验位置印上标志，以区分不同部位的抗凹性能，用本专利技术提供的方法，对试件进行抗凹性能评估试验。本专利技术的方法，包含静态评估方法和动态评估方法，静态评估方法包含一次加载抗凹性评估试验和逐次加载抗凹性评估试验，其控制参数为加载油缸对移动横梁的负荷量和压头的位移；动态评估方法的控制参数为压头对试件的冲击能量和试件的变形量；对一次加载抗凹性试验，包含下列步骤按要求选择加载速度和不同直径的压头，将压头垂直对准试验处，按设定程序开始施加加载过程；一次性在加载油缸上施加负荷，在一定的加载速度下，由负荷传感器读取负荷信号，由位移传感器测量位移，并通过计算机处理，得到负荷-位移曲线，并在此曲线上分阶段求取斜率；对于逐次加载抗凹性评估试验，包含下列步骤按要求选择加载速度和不同直径的压头，将压头垂直对准试验处，按设定程序开始施加加载过程；在加载油缸上施加一定的预负荷P预，再加到最小负荷P最小，卸载至预负荷，然后在最小负荷基础上以负荷增量步ΔP，在一定的加载速度下，增加负荷进行逐次加载—卸载(每次卸载至预负荷)试验，直至完成加载—卸载循环次数；计算机采集加载—卸载曲线，并获得凹痕负荷—凹痕深度数据对，由试验软件进行数据处理，获得一定凹痕深度下的负荷Pd和一定负荷下的凹痕深度dp；对于动态评估方法，则包含下列步骤测量试件试验位置处的高度，该值是测定所有凹陷深度读值的参考值；将压头垂直对准试验处，分别采用不同压头能量球头撞击试件，如可能测量并记录压头回弹能量，切勿使压头再次撞击试件，并测量和记录由不同压头能量撞击后试件上形成的凹陷深度。在静态一次性加载评估方法中，负荷-位移曲线上所得的斜率分别为初始刚度即在负荷～位移曲线的初始阶段上最小二乘法求得的曲线斜率；二次刚度即起伏发生后，负荷～位移曲线上第二阶段以最小二乘法求得的斜率；最终刚度负荷～位移曲线上最大负荷到达之前最后那部分的曲线斜率；刚度越大，则金属薄板的抗凹性能越好。在静态逐次加载评估方法中，负荷P下的凹痕深度dp为负荷P+ΔP循环中负荷施加至P时试件的挠度减去初始P预的挠度；塑性凹陷深度是在逐次加载试验中，负荷P+ΔP循环中负荷施加至P预挠度减去初始P预挠度；临界凹陷负荷为在逐次加载试验中，对所有加载循环段，列出负荷值及凹陷深度结果。根据预测的由板材厚度决定的首次可见塑性凹陷深度的数值，采用第一个大于首次可见凹陷深度的负荷、凹陷深度数据，以及最后一个小于首次可见凹陷深度的最大负荷、凹陷深度数据对，对最大负荷、凹陷深度进行回归处理，提供P～d图(凹痕负荷～凹痕深度图)。从P～d图中，可看出，在一定负荷状态P下的试件的凹陷深度d，d越小，则金属薄板的抗凹性能越好；也可看出在一定凹陷深度下的P，P越大，则抗凹性能越好。在静态评估试验中，系统必须足够坚固，其刚性应当满足在静载荷200N下，发生的挠曲变形小于等于0.01mm；压头可为直径10～20mm的半球状钢球，硬度HRC55，平均表面粗糙度Ra为0.254um；加载和卸载过程速度建议为2～10mm/min；负荷传感器的分辨率应达到或优于1N或示值的0.01％；位移传感器的分辨率应达到或优于0.005mm；压边力的选择可通过压力传感器测量压力油缸对试件的压边力，并通过计算机显示控制，还可通过减压阀的旋柄调节压边力的大小。在动态评估试验中，压头能量建议为逐步增加，分别测试，给定程序内冲击能量应包括用户需要的最高能量和最低能量等级在内。选用的最低冲击能量应当是能产生一个能够测量到的凹陷的能量值；如果只要得到经一次撞击后的凹陷深度，只需进行一次碰撞试验；试验结果并不反映试件上涂漆与否以及涂漆层的厚度影响。能测量到的试件性能特征仅是凹陷深度和撞击能量，假如可以同时测量压头的回弹高度，那么将这部分能量计算进入。在一定能量撞击下，在试件上形成的凹陷深度越小，则说明金属薄板的抗凹性能越好；在一定的凹陷深度下，如撞击的能量越大，则抗凹性能越好。动态评估试验中，系统必须足够坚固，其刚性应当满足在静载荷200N下，发生的挠曲变形小于等于0.01mm；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属薄板的抗凹性评估装置，其特征是，包括： 装置主体，包含一固定整个装置的门式框架结构、移动横梁、试件托架和试件夹持结构； 加载机构，包含一提供静态负荷的加载油缸； 测量控制机构，包含一负荷传感器、一位移传感器； 压头； 移动横梁横跨并滑设于门式框架两侧竖杆，加载油缸置于移动横梁上，压头安装在加载油缸下面，试件托架安置在压头下方，其上带有固定试件用的试件夹持结构，测量压头位移的位移传感器设在门式框架一侧的竖杆上，测量压头对试件负荷的负荷传感器位于压头和加载油缸之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪承璞，李东升，吴华，周贤宾，俞宁峰，吕晓东，常和生，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]