专利名称：针对摺缘操作测试金属的方法及测试机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定在裁切操作之后的拉伸摺缘(或折边)操作中的金属样本的性能的测试方法和装置。
背景技术：
在对具有降低的延展性的材料(如高级高强度钢、双相钢和铝合金)的钣金冲压操作中，一个问题是，裁切的表面在形成为翼缘时趋于开裂。当翼缘形成在具有轮廓的裁切表面上时，翼缘被拉伸。当前的测试方法证明了预测材料在拉伸摺缘操作中的可成形能力方面是不可靠的。
在现有技术中，孔膨胀测试被用来预测可成形能力。在孔膨胀测试中，在钣金坯件中形成小直径孔，然后驱动较大直径的冲头通过该小直径孔以形成翼缘。该较大直径的冲头被驱动通过较小直径孔，直至在孔的边缘上出现贯通厚度的裂缝。基于原始的孔直径和膨胀后的孔直径来计算极限孔膨胀比。可替代地，极限成形比可以确定为膨胀的孔直径与原始的孔直径之比。可以在样本条上进行剪切边缘的拉伸测试。样本被裁切成具有狗骨头形、半狗骨头形或直边。样本被沿平行于裁切线的方向拉伸，直至失效。在拉伸测试与孔膨胀测试之间通常不表现出高度的相关性。膨胀测试和拉伸测试方法不提供关于特定材料样本在摺缘操作中在横跨翼缘的整个宽度的特定方向上拉伸的能力的可靠数据。在摺缘操作中拉伸翼缘可能导致裂纹区域中显著的应变局部化。申请人:所提出的测试方法已经得到发展，以提供拉伸成形操作(在牵拉和裁切操作之后执行)中的金属样本性能的更可靠的预测。

发明内容
为了解决上述问题中的一个或多个，本发明提供一种针对摺缘操作测试金属的方法，用于针对在摺缘操作中使用的适用性对细长的平面金属样本进行测试，从而提供拉伸成形操作(在牵拉和裁切操作之后执行)中的金属样本性能的更可靠的预测。在所提出的测试方法中，片状材料的样本条在样本条的平面内绕半径弯曲，该半径是要在所模拟的摺缘操作中形成的翼缘的拉伸摺缘半径和高度的函数。通过在弯曲操作期间支撑样本条的两个平面侧防止了样本条弯曲到平面外。申请人的方法能够被应用于拉伸摺缘或拉伸卷边操作，并且提供了用于预测拉伸摺缘操作中的样本性能的可靠数据。测试工序可以包括以下步骤-预拉伸金属片，以模拟在先前的牵拉操作中施加于金属的应变；-裁切样本条以模拟生产工具中的状态；-利用网格或处于已知的规则的小间隔的一系列标记对样本进行标记；-使样本条在具有对应于经受最大拉伸的边缘的裁切边缘的平面内弯曲；-测量裂纹区域附近的间隔标记之间的距离，以将测量值与分析计算和有限元测量结果进行比较；-对在纵向、横向和45°方向上切割的样本重复测试，以确定样本定向效果。所提出的测试方法可以用来提供生产冲压车间中的快速筛选测试，特别是在对高级高强度钢、双相钢和铝合金进行成形的情况下。筛选测试能够在将卷材或堆叠材料投入生产之前快速地检测材料属性差异。通过最好能够模拟材料中的拉伸摺缘和拉伸卷边应力，能够避免缺乏期望属性或具有属性差异的材料。还能够提供更严密地预测生产性能的材料规格。此外，坯料定向可以被优化，以通过使拉伸摺缘方向与裁切表面的最大可成形性方向对齐来防止拉伸摺缘和拉伸卷边操作中的开裂。根据本公开的一个方面，针对摺缘操作测试金属的方法包括提供具有平面侧和在平面侧之间延伸的侧壁的金属样本。样本的平面侧在固定装置中被限制于平面区域。然后在限制样本弯曲到平面区域外的同时使样本的侧壁绕弯曲表面弯曲。
根据本发明的其他方面，在限制步骤中，样本可以定位成样本的长度相对于弯曲表面居中布置。在弯曲步骤中，样本的第一纵向端和第二纵向端被接合，以移动第一纵向端和第二纵向端，从而绕弯曲表面弯曲样本。弯曲表面优选地具有测试半径，该测试半径是要在摺缘操作中形成的翼缘的拉伸摺缘半径和高度的函数。根据本公开的其他方面，限制样本的平面侧的步骤可以包括以侧壁的两个相对的侧边缘夹紧在夹持构件与模具之间的方式夹紧样本的第一纵向端，其中模具限定有槽。槽比样本的宽度略大，使得样本的平面侧受限制但是不夹紧在槽内。弯曲样本的侧壁的步骤可以包括通过冲头使样本的第二纵向端接合在侧壁的相对的侧边缘中的一个上，冲头使样本绕弯曲表面弯曲。可替代地，所公开的方法可以包括以侧壁的一部分邻近心轴的方式夹紧样本的平面侧的中心部分来限制样本的平面侧的步骤。样本的中心部分可以以样本的第一纵向端和第二纵向端从两个间隔元件延伸的方式布置在所述两个间隔元件之间。使样本的侧壁弯曲的步骤然后可以包括接合样本的第一纵向端和第二纵向端、以及使第一纵向端和第二纵向端相对于中心部分移动。根据本公开的其他方面，公开了一种测试机器，其用于针对在摺缘操作中使用的适用性对细长的平面金属样本进行测试，在摺缘操作中，在形成翼缘的同时对翼缘进行拉伸。该测试机器可以包括具有成形表面的模具、以及夹持构件，该夹持构件与模具配合以夹紧样本的第一纵向端。模具和夹持构件与样本的侧壁的两个相对部分接合并且还可以限定嵌槽，嵌槽限制样本的平面侧。冲头在成形表面的与所述两个相对部分相对的一端与侧壁的第三部分接合，以使样本在成形表面上弯曲。在冲头使样本的侧壁在成形表面上弯曲的同时，被夹持构件夹持的侧壁被拉伸。成形表面可以具有半径，该半径是要在摺缘操作中形成的翼缘的拉伸摺缘半径和高度的函数。嵌槽可以由模具、夹持构件或者由模具与夹持构件的组合来限定。可以在样本的每个平面侧与嵌槽之间限定间隙空间。还公开了测试机器的替代性实施例，其用于针对在摺缘操作中使用的适用性对细长的平面金属样本进行测试，在摺缘操作中，在形成翼缘的同时对翼缘进行拉伸。测试机器的替代性实施例包括心轴以及与样本的相对的平面侧接合的第一夹持件和第二夹持件。夹持件夹持样本的中间部分，样本以侧壁靠在心轴上的方式被紧固。第一弯曲构件和第二弯曲构件在样本的中心部分的相对端接合样本的侧壁的端部，以使样本绕心轴弯曲。在第一弯曲构件和第二弯曲构件使样本弯曲的同时，第一端部与第二端部之间的侧壁被拉伸。涉及测试机器的替代性实施例的其他方面可以包括提供具有第一夹持件和第二夹持件的心轴，所述第一夹持件和第二夹持件包括组装于心轴的多个垫圈。心轴然后可以紧固于固定装置，该固定装置在弯曲构件使样本绕心轴弯曲的同时将心轴保持在固定位置。弯曲构件可以是使样本绕心轴弯曲的夹具、按压装置或手动力。优选地，所述第一弯曲构件和所述第二弯曲构件是相对于所述心轴一起往复运动的夹具。根据本公开的另一方面，样本可以从要在摺缘形成操作中使用的大量材料中切割。根据本发明的测试机器，能够用于冲压车间的生产测试。通过测试机器的测试能够确定材料样本的属性以提供与材料规格的属性偏差的证据，或测试材料质量差异。通过在开始生产前对材料进行测试，不合适的材料可被返回给材料供应商，并且可以研发出更 详细的规格，以确保在拉伸摺缘操作中难以成形的材料的性能。在产品设计和研发中，可以对采用不同的延伸定向(如卷绕、横向、45度定向等)的样本进行测试。可以在模具设计期间定位面板以获得最佳性能，使得即使在对难以摺缘的裁切表面成形时也能够避免拉伸摺缘操作中的开裂。本公开的上述方面和特征将根据附图和下面对所示实施例的详细描述中更好地理解。


图I是根据本发明的一个实施例的测试机器的示意性截面图，其中样本在测试之iu保持在机器中；图2是沿图I的线2-2截取的示意性截面图；图3是在测试样本在具有半径的成形表面上弯曲之后的图I所示的测试机器的示意性正视截面图；图4是测试机器的替代性实施例的局部分解示意性立体图，其中测试样本在测试之前被装载；以及图5是在弯曲操作完成之后，图4所示的测试机器的实施例的局部示意性立体图；以及图6是在弯曲以模拟拉伸成形操作之后的测试样本的立体图。
具体实施例方式根据需要在此公开了本发明的详细实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是对可以通过多种可替代形式实施的本发明的示例。附图不一定是按比例绘制的；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能方面的细节不应理解为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以多种方式使用本发明的代表性基础。参照图1，示出了测试机器8和装载到测试机器8中用于进行测试的测试条样本10。测试条样本10的第一平面侧12具有宽度b。测试条样本10具有围绕样本10在第一平面侧12与第二平面侧(图I中未示出)之间延伸的侧壁14。侧壁14的第一部分16支撑在模具18上。侧壁14的第二部分20被夹具22夹持，在测试过程中，夹具22固定测试条样本10的位置。冲头26与测试条样本10接触，从而使测试条样本10围绕具有半径的成形表面28成形。成形表面28具有半径R，半径R可以是标准的半径或选择成对应于要在拉伸摺缘操作中形成的翼缘的拉伸摺缘半径和高度的函数的半径。冲头26上设有卸压半径(relief radius) 30，可以在夹具22上设置另一卸压半径。卸压半径30、32都用于减小在测试过程中冲头26或夹具22任何划破测试条样本10的可能。参照图I和图2，设置冲头间隙槽36以容纳冲头26。测试条样本10在测试过程中被容纳在嵌槽38内，嵌槽38被设置成限制第一平面侧12和第二平面侧40。在测试过程中，使冲头26与测试条样本10接合并移动通过冲头间隙槽36，同时冲头26使测试条样本10在成形表面28上方弯曲。测试机器8与弯曲前的测试条样本10 —起被示出。测试条样本10的第一平面侧12和第二平面侧40示出为在测试条样本与嵌槽38之间具有放大了的间隙。能够在图2中看到侧壁14的第二部分20被图I所示的夹具22夹持。模具18限定嵌槽38，但应当理解，嵌槽也可以设置在夹具22中，或者部分地设置在夹具22中、部分地设置在模具18中。冲头26示出为设置于冲头间隙槽36上方。参照图3，测试机器8示出为包括模具18和夹具22。测试条10部分地保持在侧壁的第一部分16上，而侧壁的第二部分20被夹具22夹持。在图3中，示出了接合测试条样本10 (在图I和2中示出)之后的冲头26。在测试条样本10绕成形表面28弯曲之后形成弯曲样本42。取决于模拟拉伸摺缘操作测试之后的弯曲样本42的可成形能力，在弯曲样本42中可能形成有裂纹44或者没有形成裂纹44。裂纹44趋于形成在侧壁14的与成形表面28接合的侧壁14部分相对的部位中。参照图4，测试机器48的替代性实施例示出为包括心轴50。如图所示，心轴50可以是螺栓，或者可以采取另外的形式。第一夹持件52示出为多个垫圈，但也可以采取替代的形式，如圆柱形间隔件。第二夹持件54也示出为多个垫圈。测试条样本10的中间部分56被夹在第一夹持件52与第二夹持件54之间。心轴50被支撑在固定装置58中，固定装置58可以是能够在测试条样本10绕心轴50弯曲的同时将心轴50保持在位的台钳或其他类型的固定装置。第一弯曲构件60和第二弯曲构件62在图4中用箭头示意性地示出。弯曲构件60、62可以是在测试条样本10的第一端部64和第二端部66上施加相等的压力的 一对钳子或固定压头。参照图5，一起示出测试机器48与完成了弯曲测试之后的弯曲样本42。心轴50由固定装置58保持，而弯曲样本42被保持在第一夹持件52与第二夹持件54之间。弯曲样本42的中间部分56被第一弯曲构件60和第二弯曲构件62施加的力弯曲，如图4所示。示出了在测试过程中被弯曲的弯曲样本42的第一端部64和第二端部66。参照图6，弯曲的测试样本44示出为具有朝同一方向弯曲的第一端部64和第二端部66。侧壁14示出为包括具有多个小的裂纹44的拉伸侧壁68。根据测试用于拉伸摺缘操作的金属的方法，样本10示出为包括两个平面侧12和40，并且具有在平面侧12和40之间延伸的侧壁14。样本10的平面侧12和40保持在固定装置8、48中，其中平面侧限制在嵌槽38中或由第一夹持件52和第二夹持件54限制。样本10的侧壁14绕诸如半径成形表面28之类的弯曲表面8或心轴50弯曲。在样本条保持在嵌槽38中或保持在第一夹持件52与第二夹持件54之间的情况下执行样本条10的平面内弯曲。将样本10的弯曲(buckling)限制在由嵌槽38或第一夹持件52和第二夹持件54限定的平面区域外。可以横跨金属卷材横向地或相对于卷材的卷绕方向纵向地裁切样本10。测试样本可以以45°角或以对应于拉伸成形翼缘在生产件中的定向的另一角度被裁切。可以对卷绕、横向和45°测试样本定向反复进行测试，以确定样本定向是否对样本条摺缘测试具有任何影响。侧壁14的拉伸部分可以标记有网格或其他均匀间隔开的标记，以允许弯曲样本42的变形的测量。在弯曲操作之后，可以测量网格或其他标记的要素之间的距离，用于后续 的分析计算。测试能够用作冲压车间的生产测试，其中高级高强度钢、双相钢或铝合金可以用来执行生产件。测试能够确定材料样本的属性以提供与材料规格的属性偏差的证据，或测试材料质量差异。通过在开始生产前对材料进行测试，不合适的材料可被返回给材料供应商，并且可以研发出更详细的规格，以确保在拉伸摺缘操作中难以成形的材料的性能。在产品设计和研发中，可以对采用不同的延伸定向(如卷绕、横向、45度定向等)的样本进行测试。可以在模具设计期间定位面板以获得最佳性能，使得即使在对难以摺缘的裁切表面成形时也能够避免拉伸摺缘操作中的开裂。尽管上面描述了示例性实施例，但意在使这些实施例描述本发明所有可能的形式。而在本文中使用的词语是描述性的而不是限制性的，并且应当理解，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下进行各种变化。另外，各种执行实施例的特征可以组合以形成本发明的另外实施例。
权利要求
1.ー种针对摺缘操作测试金属的方法，包括 提供具有平面侧的金属样本，所述样本具有在所述平面侧之间延伸的侧壁； 在固定装置中将所述样本的所述平面侧限制于平面区域；以及 在限制所述样本弯曲到所述平面区域外的同时使所述样本的所述侧壁绕弯曲表面弯曲。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述限制步骤包括以所述样本的长度相对于所述弯曲表面居中布置的方式定位所述样本。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述弯曲步骤包括接合所述样本的第一纵向端和所述样本的第二纵向端以及移动所述第一纵向端和所述第二纵向端以使所述样本绕所述弯曲表面弯曲。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，所述弯曲表面是要在所述摺缘操作中形成的翼缘的拉伸摺缘半径和高度的函数。
5.根据权利要求I所述的方法，其中，限制所述样本的平面侧的步骤包括以所述样本的所述侧壁的两个相対的侧边缘夹紧在夹持构件与模具之间的方式夹紧所述样本的第一纵向端，所述模具限定有槽，所述槽比所述样本的宽度略宽，使得所述样本的所述平面侧受限制但是不夹紧在所述槽内。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，使所述样本的侧壁弯曲的步骤包括通过冲头使所述样本的第二纵向端接合在所述侧壁的所述相对的侧边缘中的ー个上，所述冲头使所述样本绕所述弯曲表面弯曲。
7.根据权利要求I所述的方法，其中，限制所述样本的所述平面侧的步骤包括以所述侧壁的一部分邻近心轴的方式夹紧所述样本的所述平面侧的中心部分，其中，所述样本的中心部分以所述样本的第一纵向端和第二纵向端从两个间隔元件延伸的方式布置在所述两个间隔元件之间。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，使所述样本的所述侧壁弯曲的步骤包括接合所述样本的所述第一纵向端和所述第二纵向端以及使所述第一纵向端和所述第二纵向端绕所述中心部分弯曲。
9.一种测试机器，用于针对在摺缘操作中的适用性对细长且薄的平面金属样本进行测试，在所述摺缘操作中，在形成翼缘的同时对所述翼缘进行拉伸，所述测试机器包括 具有成形表面的模具； 夹持构件，所述夹持构件与所述模具配合以夹紧所述样本的第一纵向端，其中所述模具和所述夹持构件与所述样本的侧壁的两个相对部分接合并且限定嵌槽，所述嵌槽限制所述样本的平面侧； 冲头，所述冲头在所述成形表面的与所述两个相对部分相対的一侧与所述侧壁的第三部分接合，以使所述样本在所述成形表面上弯曲，其中在所述冲头使所述样本的被所述模具接合的侧壁在所述成形表面上弯曲的同时，被所述夹持构件接合的侧壁被拉伸。
10.一种测试机器，用于针对在摺缘操作中的适用性对细长的平面金属样本进行测试，所述金属样本具有两个平面侧和在所述两个平面侧之间延伸的侧壁，在所述摺缘操作中，在形成翼缘的同时对所述翼缘进行拉伸，所述测试机器包括 心轴；夹持所述样本的ー个平面侧的第一夹持件和夹持所述样本的另ー个平面侧的第二夹持件，其中所述第一夹持件和所述第二夹持件接合所述样本的中间部分，所述样本通过所述侧壁紧固在所述心轴上；以及 第一弯曲构件和第二弯曲构件，所述第一弯曲构件和所述第二弯曲构件在所述样本的中心部分的相对端接合所述样本的所述侧壁的第一端部和第二端部，以使所述样本绕所述心轴弯曲，并且其中在所述第一弯曲构件和所述第二弯曲构件使所述样本弯曲的同时，所述第一端部与所述第二端部之间的侧壁被拉伸。
11.根据权利要求10所述的测试机器，其中，所述第一夹持件和所述第二夹持件是组装于所述心轴的多个垫圈，所述多个垫圈将所述样本紧固于所述心轴。
12.根据权利要求11所述的测试机器，其中，所述心轴紧固于固定装置，所述固定装置在所述第一弯曲构件和所述第二弯曲构件使所述样本绕所述心轴弯曲的同时将所述心轴保持在固定位置。
13.根据权利要求10所述的测试机器，其中，所述第一弯曲构件和所述第二弯曲构件是相对于所述心轴一起往复运动的夹具。
14.根据权利要求10所述的测试机器，其中，所述样本从要在所述摺缘操作中使用的大量材料中切割。
全文摘要
本发明公开了一种针对摺缘操作测试金属的方法，包括提供有平面侧的金属样本，该样本具有在平面侧之间延伸的侧壁；在固定装置中将样本的平面侧限制于平面区域；以及在限制样本弯曲到平面区域外的同时使样本的侧壁绕弯曲表面弯曲。还公开了测试机器，对平面金属样本进行测试，该样本具有两个平面侧和在平面侧之间延伸的侧壁，该测试机器包括心轴；夹持样本平面侧的夹持件，夹持件夹持样本的中间部分，样本通过侧壁紧固在心轴上；以及弯曲构件，弯曲构件在样本的中心部分的相对端接合样本的侧壁的端部，以使样本绕心轴弯曲，在弯曲构件使样本弯曲的同时，端部之间的侧壁被拉伸。本发明提供拉伸成形操作中的金属样本性能的更可靠的预测。
文档编号G01N3/00GK102735528SQ201210086389
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月28日 优先权日2011年4月1日
发明者谢尔盖·费奥多罗维奇·戈洛瓦先科 申请人:福特环球技术公司