一种双向加压条件下管材胀形成形极限测试装置及方法，涉及一种管材胀形成形极限测试所使用的装置及方法。针对管材在平面应力和法向应力共存状态下胀形成形极限难于测试及法向压力对成形极限的影响难于评估问题而提出的。装置包括流体介质上模(1)、下模(4)、左冲头(5)和右冲头(3)。方法依次包括向放置管材试样、施加合模力、向上模(1)和管坯(2)内注入流体介质、控制上模(1)和管坯(2)内腔的压力进行加压变形的过程。使用本发明专利技术所述装置及方法既可测定管材胀形成形极限，也可评估法向应力对管材胀形成形极限的影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种管材胀形成形极限测试装置及方法，具体涉及一种测试内外表面双向加压的管材在平面应力和法向应力共存条件下胀形成形极限的装置及方法。
技术介绍
成形极限是成形领域中重要的性能指标和工艺参数，反映了材料在塑性失稳前所能取得的最大变形程度。目前，对于板材拉伸失稳的成形极限，从理论和实验等方面提出了许多研究与评价方法。其中，Nakazima试验法是目前常用的方法，其实质是半球刚性凸模胀形试验。通过丝网印刷方法在试样表面印制圆形网格，改变试样宽度和试件与凸模间的润滑进行半球刚性凸模胀形实验，试样破裂后，网格由 圆形变成椭圆形，测量靠近破裂点位置的椭圆形网格长短轴的大小，计算长短轴的应变值，获得数据点，即可绘制出成形极限曲线FLC。这种试验方法获得的成形极限值接近工业生产中板材普通冲压的实际情况，符合平面应力状态下的成形。对于管材，目前还没有专门针对管材从实验方面评价胀形成形极限的方法。近年来，以流体为传力介质的液压成形技术以其工艺柔性高、制模简单、成形零件质量好等优点，日益得到广泛的重视，能够克服普通冲压成形方式的不足，尤其适合在一道工序内成形变形量大的复杂零件。对于管材内外加压的双向加压液压成形，坯料在高压流体压力作用下，坯料变形往往处于平面应力和法向应力共存状态，目前还无法评价管材在平面应力和法向应力共存条件下的胀形成形极限。
技术实现思路
针对目前无法评价管材在平面应力和法向应力共存条件下胀形成形极限的实际情况，本专利技术提供，即提供一种测试管材在平面应力和法向应力共存条件下胀形成形极限的装置及方法，使用该方法及装置可获得管材在不同法向应力状态下的胀形成形极限，满足实际应用。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是本专利技术所述测试装置包括上模、下模、右冲头和左冲头，上模和下模之间用于容纳管坯；所述上模的腔体的横截面为椭圆形，椭圆形横截面的短轴长与管坯的直径相同，所述上模上设有与腔体相通的模具液体注入孔；所述上模与管坯接触的内表面为半圆柱面，且所述半圆柱面曲率半径与管坯外径相同；上模内表面左右端均为由内向外渐扩的锥面；所述下模与管坯接触的内表面为圆柱面，所述圆柱面用于与管坯接触，且所述圆柱面曲率半径与管坯外径相同，下模内表面左右端均为由内向外渐扩的锥面；在管坯的两端分别设有右冲头和左冲头，右冲头内设有与管坯内腔相通的冲头液体注入孔，所述左冲头和右冲头端部均具有15-20°的锥度，管坯的两端分别与左冲头和右冲头相配合。利用上述的测试装置在平面应力和法向应力共存条件下进行管材胀形成形极限测试的方法，所述方法是按照以下步骤实现的步骤一、制作上模、下模、左冲头和右冲头腔体内表面为椭圆柱面，椭圆截面的长短轴比值分别为I、I. 2、I. 4、I. 6、I. 8、2. O、2. 2和2. 5,短轴长2b与管还直径0相同，长轴分别为10 、1. 2' 、1· 40,1. 60,1. 8丨:1、2· 00,2. 2C丨和2· 50;下模内表面为半圆柱面，下模内表面直径与管坯直径相同；步骤二、制作金属管材试样利用电蚀腐方式在金属管材试样的外表面制作呈矩阵排布的多个圆形或正方形凹痕，使金属管材试样的外表面为矩阵排布的圆形网格或的正方形网格状；测量呈矩阵排布的圆形或正方形凹痕的直径d或正方形凹痕的边长d ；步骤三、夹紧金属管材试样将带有印制网格的金属管材试样放置在下模上，压力机滑块带动上模下行接触管材试样，施加合模力；左冲头和右冲头向管坯施加水平力，左冲头的锥部、右冲头的锥部使管坯的两端发生扩口并与上模内表面及下模内表面贴靠；步骤四、双向压力加载向管材试样内部的腔体内注入流体介质，以对管材试样的内表面施加胀形压力P1 ;在上模的腔体内注入流体介质以对管材试样的外表面施加法向压力P2;并使法向压力P2与胀形压力P1相等；步骤五胀形实验增加管材试样的腔体的内部压力P1，管材试样发生胀形变形，直至试样发生破裂；破裂后，裂纹附近排布的圆形网格变成椭圆形网格，排布的正方形网格变成长方形网格；卸载上模的腔体、管材试样的腔体内部的压力及合模力，压力机滑块带动上模回程，水平油缸带动左冲头和右冲头恢复原位；步骤六测量金属管材试样上变形后的网格将金属管材试样卸下，测量金属管材试样上的破裂位置附近椭圆长轴长度Cl1和短轴长度d2，或测量金属管材试样上的破裂位置附近长方形长边长度Cl1和短边长度d2 ；步骤七根据测得的圆形网格变形前后的数据计算金属管材试样的破裂应变ε !=Lntdi-d/d]和ε 2 = Ln,即可获得一个应变数据点；改变上模的腔体的椭圆截面的长轴长度，重复上述步骤，即可获得不同极限应变数据点，分别以^和ε2为横坐标和纵坐标，绘制数据点，将所获得的数据点进行连接或者拟合，即可获得在某一法向压力P2条件下的管材胀形成形极限曲线。本专利技术具有以下优点I、针对管材在平面应力和法向应力共存状态下胀形成形极限难于测试及法向压力对成形极限的影响难于评估问题，采用本专利技术所述装置对管材试样进行平面应力和法向应力共存条件下下胀形成形极限曲线测试，方法简单，易于实现，为管材胀形成形极限的测定提供一种方法。2、对管材试样施加内外的法向压力，可获得不同法向压力条件下的胀形成形极限曲线，方便评估法向应力对管材胀形成形极限的影响。附图说明图I是本专利技术所述测试装置的结构示意图；图2是图I的A-A剖面图(即椭圆柱面的截面图，2a为长轴、2b为短轴，短轴2b与管材试样直径相同)；图3是印有网格的管材试样(管坯)图，管坯直径0与短轴2b相等；图4印有正方形网格的管材试样(管坯)图。具体实施例方式具体实施方式一如图I至4所示，本实施方式所述的ー种双向加压条件下管材胀形成形极限测试装置包括上模I、下模4、右冲头3和左冲头5，上模I和下模4之间用于容纳管坯2 ;所述上模I的腔体1-2的横截面为椭圆形(即腔体1-2的内表面为椭圆柱面)，椭圆形横截面的短轴长与管坯2的直径相同，所述上模I上设有与腔体1-2相通的模具液体注入孔1-1 ;所述上模I与管坯2接触的内表面为半圆柱面，且所述半圆柱面曲率半径与管坯2外径相同；上模I内表面左右端均为由内向外渐扩的锥面；所述下模4与管坯2接触的内表面为圆柱面，所述圆柱面用干与管坯2接触，且所述圆柱面曲率半径与管坯2外径相同，下模4内表面左右端均为由内向外渐扩的锥面；在管坯2的两端分别设有右冲头3和左冲头5，右冲头3内设有与管坯内腔2-1相通的冲头液体注入孔3-1，所述左冲头5和右冲头3端部均具有15-20°的锥度，管坯2的两端分别与左冲头5和右冲头3相配合。在使用时，所述上模I与压カ机滑块连接，所述下模4与压カ机工作台连接、固定，右冲头3和左冲头5分别与水平油缸连接。 具体实施方式ニ 如图I至4所示，本实施方式为利用上述测试装置的在平面应力和法向应カ共存条件下管材胀形成形极限测试方法，所述测试方法是按照以下步骤实现的步骤一、制作上模I、下模4、左冲头5和右冲头3 :腔体1-2内表面为椭圆柱面，椭圆截面的长短轴比值分别为1、1. 2、I. 4、I. 6、I. 8、2. O、2. 2和2. 5，短轴长2b与管坯直径0相同，长轴分别为10、1. 20,1. 4' 丨、1. 6C丨、I. 80、2. OO、2. 20和2. 5 ;下模4内表本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双向加压条件下管材胀形成形极限测试装置，其特征在于：所述测试装置包括上模(1)、下模(4)、右冲头(3)和左冲头(5)，上模(1)和下模(4)之间用于容纳管坯(2)；所述上模(1)的腔体(1？2)的横截面为椭圆形，椭圆形横截面的短轴长与管坯(2)的直径相同，所述上模(1)上设有与腔体(1？2)相通的模具液体注入孔(1？1)；所述上模(1)与管坯(2)接触的内表面为半圆柱面，且所述半圆柱面曲率半径与管坯(2)外径相同；上模(1)内表面左右端均为由内向外渐扩的锥面；所述下模(4)与管坯(2)接触的内表面为圆柱面，所述圆柱面用于与管坯(2)接触，且所述圆柱面曲率半径与管坯(2)外径相同，下模(4)内表面左右端均为由内向外渐扩的锥面；在管坯(2)的两端分别设有右冲头(3)和左冲头(5)，右冲头(3)内设有与管坯内腔(2？1)相通的冲头液体注入孔(3？1)，所述左冲头(5)和右冲头(3)端部均具有15？20°的锥度，管坯(2)的两端分别与左冲头(5)和右冲头(3)相配合。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐永超，苑世剑，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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