CN103163031A

CN103163031A - 获取成形极限图的试验机设备以及成形极限图试验方法

Info

Publication number: CN103163031A
Application number: CN2012105483926A
Authority: CN
Inventors: 南基珠; 李准范; 赵容均
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2013-06-19
Also published as: US9189592B2; KR20130068292A; US20130152706A1; KR101706100B1

Abstract

提供了一种用于获取成形极限图的试验机设备以及成形极限图试验方法，该试验机设备能够获取具有高精确度的关于样品的成形极限图，所述试验机设备包括固定夹具和移动夹具，移动夹具安装在固定夹具的上侧以能够进行竖直运动。移动夹具可以被构造为与固定夹具一起固定样品，设置在固定夹具的下侧的驱动装置可以被构造为驱动移动夹具的竖直运动。设置在移动夹具和驱动装置之间的互锁装置可以被构造为将驱动装置的驱动力传递到移动夹具。

Description

获取成形极限图的试验机设备以及成形极限图试验方法

技术领域

在此公开的实施例涉及一种用于从作为成形材料的样品的基本物理属性中获取成形极限图的试验机设备。

背景技术

近来，当开发产品时，在模具设计(mold design)中越来越多地使用了CAM（计算机辅助制造）应用，以减少产品的生产时间并且响应于产品线的多样化。

在产品的生产工艺期间可以使用模具设计中的CAM应用，并且模具设计中的CAM应用能够在生产产品之前确认和修改工艺结果。另外，当改变产品设计时，CAM应用能够通过节省时间和降低成本来有效且高效地提高产品。

当设计产品时，为了通过使用CAM应用来获得优良结果，需要事先获得在模具设计中使用的成形材料的物理属性和特性。通常，用于获取挤压的金属板的属性的基本试验包括拉伸试验、FLD（成形极限图）试验和摩擦系数评估试验。在上述试验中，FLD试验被认为是确定板的成形极限的重要工具。然而，如果在不具有被构造为获取成形极限图的专门的试验设备的普通的压力设施中进行FLD试验，则由于该压力设施的特性，会难以对冲击进行精确控制，并且因此试验的精确程度会降低。

具体地说，随着热压成形的引入被越来越多地使用，会需要获得高温成形极限图，因此，除了需要可以用于得到在模具设计中使用的成形材料的物理属性和特性并且可以被CAM应用使用的冷成形极限图之外，还需要开发一种被构造为获取热成形极限图的专门的试验设备。

发明内容

因此，本公开的一方面在于提供一种用于获取成形极限图的试验机设备，该试验机设备能够获取具有高精确度的成形极限图。

本公开的另一方面在于提供一种用于获取成形极限图的试验机设备，该试验机设备除了能够获取冷成形极限图之外，还能够获取热成形极限图。

本公开的其他方面将在下面的描述中进行部分阐述，部分将通过描述而显而易见，或者可通过实施本公开而了解。

根据本公开的一方面，一种试验机设备包括：固定夹具、移动夹具、驱动装置和互锁装置。固定夹具使得样品被安装在其上。移动夹具可以安装在固定夹具的上侧，以能够进行竖直运动，并且可以被构造为与固定夹具一起固定样品。驱动装置可以设置在固定夹具的下侧，并且可以被构造为驱动移动夹具的竖直运动。互锁装置可以设置在移动夹具和驱动装置之间，并且被造为将驱动装置的驱动力传递到移动夹具。

互锁装置可以包括：驱动板，被构造为由驱动装置驱动；多个连接杆，结合在驱动板和移动夹具之间并且以平行的方式设置。

贯通孔可以设置在固定夹具上，从而连接杆贯穿移动夹具。

加热器可以安装在固定夹具上，以加热固定夹具。

加热器可以安装在移动夹具中，以加热移动夹具。

所述试验机设备还可以包括以沿竖直方向可运动的方式安装在移动夹具的上侧的冲头，以对样品执行成形。

引导杆可以形成在冲头的下表面，引导件可以设置在移动夹具上，以引导引导杆的正向和反向运动。

加工孔可以设置在移动夹具和固定夹具中的每个上，从而冲头贯穿移动夹具和固定夹具。

被构造为固定样品的固定突起以及与固定突起对应的固定槽可以被设置在加工孔周围。

测量装置可以安装在冲头的上部，以测量通过冲头施加到样品的载荷。

温度控制装置可以安装在冲头上。

所述试验机设备还可以包括设置在固定夹具的下侧的相机单元，以观察样品。

驱动装置可以包括液压缸或电机。

根据本公开的另一方面，一种用于获取成形极限图的试验机设备包括固定夹具、移动夹具和加热器。移动夹具可以设置在固定夹具的上侧，并且可以以相对于固定夹具沿竖直方向可运动的方式设置。加热器可以安装在固定夹具和移动夹具之间，用于加热固定夹具和移动夹具和/或样品。

安装在固定夹具和移动夹具之间的加热器可以包括高频加热线圈。多个加热器还可以水平地设置在固定夹具和移动夹具中的至少一个的内部中。辐射板还可以设置在固定夹具的下表面上，以防止热传递到固定夹具的下侧。

根据本公开的另一方面，一种使用试验机设备对样品执行成形极限图试验的方法，所述方法可以包括：根据执行热轧还是执行冷轧而选择性地激活加热元件，加热元件设置在固定夹具和移动夹具之间，固定夹具被构造为在固定夹具的上表面上容纳样品，移动夹具被设置为与固定夹具的上表面相邻；根据执行热轧还是执行冷轧而选择性地激活设置在固定夹具和移动夹具中的至少一个的内部的至少一个加热器；通过操作驱动装置以驱动移动夹具的竖直运动，使移动夹具下降，以固定位于移动夹具和固定夹具之间的样品；使得安装在移动夹具的上侧上的冲头下降，以对样品执行成形；当样品断裂时终止冲头的下降。

用于对样品上执行成形极限图试验的方法还可以包括：控制冲头的温度，以将冲头的温度维持在大约-20℃到大约20℃之间。

如果执行热轧，则加热元件被激活，以将样品加热到预定的温度。例如，可以将样品加热到大约900℃或超过900℃。如果执行热轧，则可以激活至少一个加热器，以在使得移动夹具下降之前将移动夹具和固定夹具中的至少一个预热到预定温度。例如，移动夹具和固定夹具中的至少一个可以被预热到大约200℃。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本公开的这些和/或其他方面将会变得明显和更加容易理解，在附图中：

图1是示出了根据本公开的一个实施例的用于获取成形极限图的试验机设备的截面图；

图2是示出了固定的样品的状态的视图；

图3是示出了在成形工艺的开始期间样品的状态的视图；

图4是示出了当样品发生损坏时在成形工艺的结束时的样品的状态的视图；

图5是根据本公开的另一实施例的用于获取成形极限图的试验机设备的截面图。

具体实施方式

现在将详细说明本公开的实施例，其示例在附图中示出，附图中，相同的标号始终指示相同的元件。

如图1所示，用于获取成形极限图的试验机设备1包括：固定夹具10和移动夹具20，固定夹具10和移动夹具20被构造为固定样品S；冲头30，被构造为对样品S施加压力并且对样品S执行成形；驱动装置40，被构造为驱动移动夹具20沿竖直方向运动；互锁装置50，被构造为连接在移动夹具20和驱动装置40之间。样品S可以是（例如）金属片或其他金属板。然而，样品S可以包括可以被试验的其他材料，并且不需要被限制为金属片或金属板。

固定夹具10以板型形成，加工孔10a可以形成在固定夹具10的中央部分处，以形成当冲头30对样品S执行成形时样品S和冲头30穿过的空间。加热器11可以设置在固定夹具10的内部，从而当将要进行用于获取热成形极限图的试验时，固定夹具10可以在执行成形之前被预热。加热器11可以利用具有杆状的筒形加热器形成，并且可以以插入方式安装到沿水平方向形成在固定夹具10中的安装孔中。可以存在形成在固定夹具10中的多个安装孔，以容纳一个或多个加热器。

主框架15设置在固定夹具10的下侧，以支撑固定夹具10。主框架15可以包括第一基座16、第二基座18、第一支撑构件17和第二支撑构件19。可以设置第二基座18，从而第二基座18沿竖直方向与第一基座16分开。第一支撑构件17可以在以平行的方式设置在第一基座16和第二基座18之间的同时通过分散施加在第一基座16和第二基座18之间的重量而支撑第一基座16和第二基座18。第二支撑构件19可以在以平行的方式被设置在第二基座18和固定夹具10之间的同时通过分散施加在第二基座18和固定夹具10之间的重量而支撑第二基座18和固定夹具10。

热辐射板12可以安装在固定夹具10的下表面，以防止安装在固定夹具10内部的加热器11产生的热传递到固定夹具10的下侧。虽然图1示出了热辐射板设置在固定夹具10的下部上，但是本公开不限于此。例如，热辐射板可以设置在试验设备的其他位置上，以防止从热从设置在固定夹具和移动夹具中的加热器传递。例如，如果需要，热辐射板可以设置在与加工孔20a相邻的移动夹具20的内侧上和/或设置在移动夹具20的上侧上，以防止热传递到冲头30或传递到引导杆32。

移动夹具20可以设置在固定夹具10的上侧，并且可以相对于固定夹具10沿竖直方向以可运动的方式设置，从而在针对样品S进行成形极限图试验之前和之后可以进行样品S的固定和分离。

与固定夹具10的壳体相似，加工孔20a可以形成在移动夹具20的中央部分处，以形成当冲头30对样品S执行成形时样品S和冲头30穿过的空间。加热器21可以安装在移动夹具20的内部，从而移动夹具20在执行成形极限图试验之前以预定温度预热。加热器21可以由例如筒形加热器构成。加热器21可以以插入方式安装到沿水平方向形成在移动夹具20中的安装孔中。可以存在形成在移动夹具20中的多个安装孔，以容纳一个或多个加热器。

被构造为固定样品S的固定突起20b可以设置在移动夹具20的加工孔20a的周围部分。即，固定突起20b可以设置在与形成在移动夹具20的中央部分中的加工孔20a相邻的固定夹具20的下表面上。固定槽10b可以设置在固定夹具10的加工孔10a的周围部分，从而固定槽10b被构造为容纳固定突起20b和样品S的因固定突起20b而变形的一部分。即，固定槽10b可以设置在与形成在固定夹具10的中央部分中的加工孔10a相邻的固定夹具10的上表面上。

根据示出的实施例，固定突起20b可以设置在移动夹具20上，固定槽10b可以设置在固定夹具10上。然而，固定突起20b和固定槽10b的位置可以反过来，从而固定突起可以设置在固定夹具10b上，而固定槽可以设置在移动夹具20上。

为了使移动夹具20正向和反向运动，在移动夹具20的下侧，驱动装置40可以被构造为提供驱动力，以驱动移动夹具20，互锁装置50可以被构造为连接在移动夹具20和驱动装置40之间。

互锁装置50可以包括：驱动板51，被构造为由驱动装置40驱动；多个连接杆52，可以连接在驱动板51和移动夹具20之间。

连接杆52的一端可以结合到移动夹具20的下部，而连接杆52的另一端可以结合到驱动板51的上部。贯通孔10c可以设置在固定夹具10上，从而连接杆52可以贯穿贯通孔10c，并且通过贯通孔10c引导连接杆52在竖直方向上的直线运动。连接杆52可以以多个连接杆构成，并且可以在移动夹具20和驱动板51之间平行地设置。

驱动装置40可以包括液压装置（未示出）和被构造为通过连接到液压装置（未示出）而运转的液压缸41。液压缸41可以安装在主框架15的第一基座16上。液压缸41的活塞杆42可以贯穿第二基座18，并且可以结合到驱动板51的下部。因此，由于液压缸41的活塞杆42与移动夹具20互锁，因此当活塞杆42沿竖直方向正向和反向运动时，移动夹具20通过互锁装置50相应地沿竖直方向正向和反向运动。

冲头30可以设置在移动夹具20的上侧。冲头30可以被构造为对样品S加压，以对样品S执行成形。

同时，根据本公开的用于获得成形极限图的试验机设备1可以用于控制冲头30的冲击，并且可以应用为用作通用的商业化试验设备，诸如MTS（金属试验系统）。

因此，MTS的固定单元M1可以设置在第一基座16的下部，以支撑第一基座16，MTS的移动单元M2可以设置在冲头30的上部，以使冲头30沿竖直方向运动。杆单元31可以安装在移动单元M2和冲头30之间。例如，当使用冲头30执行样品S的成形时，通过MTS的移动单元M2施加在冲头上的重量能够由杆单元31监控。

引导杆32可以设置在冲头30的一侧，以引导冲头30的沿竖直方向的运动，引导件22可以设置在移动夹具20上，以引导引导杆32的正向和反向运动。虽然图1示出了引导杆32被设置在冲头30的一侧，但是本公开不限于此。例如，引导杆32还可以设置在冲头30的另一侧。选择性地，如果需要，引导杆32可以设置在冲头30的两侧上。

引导杆32可以以圆筒的形状形成，引导孔22a可以设置在引导件22中，以在引导杆32正向和反向运动的同时容纳引导杆32。

可以在冲头30的上部安装测量装置，以测量由冲头30施加到样品S的载荷。

具有半圆形状的成形单元30a可以形成在冲头30的下部，从而样品S可以利用冲头30被形成为半圆形状，温度控制装置33可以被安装，以用于冲头30的温度控制。如果需要，成形单元30a可以具有除了半圆形状之外的形状，例如三角形形状或矩形形状。

相机单元60可以设置在固定夹具10的下部，以当对样品S执行成形时监控样品S的形变状态，以获得成形极限图。

相机单元60可以通过固定到固定夹具10的安装支架61而设置在固定夹具10的加工孔10a的下部的中央部分，从而样品S发生损坏的时刻可被监控。另外，相机单元60可以通过拍摄可以用于获取成形极限图的多个图像来记录图像数据。相机单元60可以包括一个或多个相机，以监控样品S的形变状态。虽然图1示出了相机单元经由固定到固定支架10的一侧的下表面上的安装支架61而被设置在加工孔10a的下部的中央部分，但是本公开不限于此。例如，安装支架61还可以固定到固定支架10的另一侧的下表面。可选择地，如果需要，安装支架61可以固定到固定支架10的两侧的下表面。

下文中，参照图1到图4，将描述通过根据本公开的一个实施例的用于获取成形极限图的试验机设备获取成形极限图的过程。

首先，针对试验准备样品S。在样品S上形成栅格，从而可以计算样品S的每个部分的形变率，这成为用于在由冲头30执行成形后获取成形极限图的基本数据。即，组成栅格的预定的图案或线可以在成形工艺之前被涂覆到样品S上。例如，栅格可以由圆形或格子形组成。可以选择栅格，以在通过冲头30执行成形后获取精确的基本数据。在当执行冷轧的时刻获取成形极限图的情况下，形成在样品S上的栅格可以通过印刷介质（诸如丝网印刷）以印刷的方式形成在样品S上。然而，在执行热轧的情况下，在成形极限图的获取阶段中，需要针对于样品施加热，但是印刷在样品上的栅格会在样品的加热阶段以燃烧的方式消散。因此，在热轧的情况下，可以通过利用蚀刻在样品S上形成图案或线（例如，圆形或格子形）来构成栅格，以避免栅格由于施加的热而消散。

一旦样品S形成有栅格，样品S就可以被置于如图1所示的固定夹具10上。在执行热轧的同时获取成形极限图的情况下，样品S可以被构造为经历通过高频加热线圈C在大约900℃或高于900℃下被加热的工艺。高频加热线圈C可设置在固定夹具10和移动夹具20之间。此时，为了通过使样品S与两个夹具10和20之间的温度梯度最小化而增强试验的精确程度，移动夹具20和固定夹具10可以通过加热·器21和11被预热到大约200℃。另外，冲头30的温度可以通过温度控制装置33控制，从而冲头30的温度可以维持在从大约-20℃到大约室温（例如，约20℃）的范围。

当完成了针对样品的加热处理时，如图2所示，可以操作驱动装置40，移动夹具20下降，直到样品S被完全被固定在固定夹具10和移动夹具20之间。即，如从图2中所看到的，驱动板51下降，相应地，移动夹具20下降。驱动板51可以下降直到驱动板51的下表面与第二基座18的上表面接触。例如，试验机设备可以被构造为使得驱动板51下降直到驱动板51的下表面接触第二基板18的上表面的距离可以等于移动夹具20下降直到设置在移动夹具20的下表面上的固定突起20b被固定在设置在固定夹具10的上表面上的固定槽10b中的距离。此外，由于相机单元60经由安装支架61被固定到固定夹具10的下部，因此相机单元60不运动并且维持固定。

在将样品S固定在固定夹具10和移动夹具20之间后，如图3所示，操作MTS，以使冲头30降低，并且启动针对样品S的成形。从图3中可以看出，随着冲头30降低，引导杆32可以降低到引导件22中。引导杆32可以降低到与引导孔22a的长度相等的距离，然而，试验机设备可以被构造为使得在冲头30行进了所述距离之前冲头30将与样品S接触。从图3中可以看出，一旦冲头30与样品S接触，样品S就变形。相机单元60可以在冲头30在样品S上施加力的同时捕捉样品S的变形的图像。杆单元31可以通过监控通过移动单元M2施加在冲头30上的重量来辅助控制由冲头30施加的力。

如图4所示，可以降低冲头30直到样品S发生损坏的时刻。可以通过相机单元60监控样品S发生损坏的时刻，并且当发现了样品S发生损坏时，立即停止由MTS进行的加压运动。

接下来，MTS的移动单元M2和冲头30通过跟随与上述运动相反次序的运动而向后运动。即，移动夹具20可以升高，从而样品S可以被取回并且被分析。在样品S与夹具10和20分离后，通过分析形成在样品S上的栅格的变形，可以计算关于大形变率和小形变率的数据，并且基于获得的形变率数据，最终可以实现针对于成形极限图的获取。例如，基于对栅格的变形的分析，可以测量关于样品S能承受的应变极限的属性，以获得成形极限图。

在冷轧的情况下，在从上述过程中省略了针对样品的加热处理并且省略了夹具的同时可以类似地执行成形极限图的获取处理。

如图5所示，示出了根据本公开的另一实施例的试验机设备。

本实施例与先前实施例的不同在于：可以使用电机43代替驱动装置40的液压缸41。

即，在先前实施例中，液压缸41可以代替电机43。电机43可以由能够控制电机43的转数的伺服电机构成，并且电机43能够正转和反转。

另外，增压装置44可以安装在电机43和驱动板51之间，以使得电机43产生的旋转运动减速，并且增加产生的力。这里，增压装置44可以由使用行星齿轮的减速装置构成。

根据上述实施例，已经公开了一种用于获取样品的成形极限图的试验机设备和一种操作用于获取样品的成形极限图的试验机设备的方法，所述试验机设备能够选择性地执行热轧试验和冷轧试验。根据上述实施例的试验机设备可以包括设置在固定夹具和移动夹具内部的加热器。在热轧期间，在移动夹具下降以固定位于固定夹具和移动夹具之间的样品之前，固定夹具和移动夹具可以被预热到预定的温度。移动夹具和固定夹具的预热使得可以被加热到大约900℃或超过900℃的样品与移动夹具和固定夹具之间的温度差最小化。试验机设备包括设置在移动夹具上侧的冲头，冲头下降，以对样品执行成形。冲头可以包括设置在冲头的一侧上的引导杆，引导杆从冲头的下表面延伸。引导杆可以安装在设置在移动夹具的上表面上的引导件内，以当冲头下降时引导冲头的运动。虽然在此公开的示例性实施例已经示出了一种具有沿竖直方向可运动的冲头和固定夹具的试验设备，但是本领域技术人员将理解的是，如果需要，该试验机设备可以被修改或变型，使得试验机设备的构造能够使冲头和移动夹具沿水平方向或以一定角度运动，以对样品执行成形。

虽然已经示出并描述了本公开的一些实施例，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行改变。

Claims

1.一种用于获取成形极限图的试验机设备，所述试验机设备包括：

固定夹具，被构造为在固定夹具的上表面上容纳样品；

移动夹具，与固定夹具的上侧相邻地安装，被构造为沿竖直方向运动，并且被构造为当样品被放置在固定夹具上时与固定夹具一起固定样品；

驱动装置，设置在固定夹具的下侧，被构造为驱动移动夹具的竖直运动；

互锁装置，设置在移动夹具和驱动装置之间，被构造为将驱动装置的驱动力传递到移动夹具。

2.如权利要求1所述的试验机设备，其中，

互锁装置包括：驱动板，被构造为由驱动装置驱动；多个连接杆，结合在驱动板和移动夹具之间并且以平行的方式设置。

3.如权利要求2所述的试验机设备，其中，固定夹具包括多个贯通孔，所述多个连接杆分别贯穿所述多个贯通孔以连接到移动夹具。

4.如权利要求1所述的试验机设备，其中，在固定夹具中安装有加热器，以加热固定夹具。

5.如权利要求1所述的试验机设备，其中，在移动夹具中安装有加热器，以加热移动夹具。

6.如权利要求1所述的试验机设备，所述试验机设备还包括：

冲头，安装在移动夹具的上侧，被构造为沿竖直方向运动，以对样品执行成形。

7.如权利要求6所述的试验机设备，所述试验机设备还包括：

引导杆，从冲头的下表面向下延伸；

引导件，设置在移动夹具上，以引导引导杆的正向和反向竖直运动。

8.如权利要求6所述的试验机设备，其中，移动夹具和固定夹具均包括加工孔，以提供用于冲头贯穿移动夹具和固定夹具的空间。

9.如权利要求8所述的试验机设备，其中，

被构造为固定样品的固定突起以及与固定突起对应的固定槽被设置为与加工孔相邻。

10.如权利要求6所述的试验机设备，其中，

测量装置安装在冲头的上部，以测量通过冲头施加到样品的载荷。

11.如权利要求6所述的试验机设备，其中，

温度控制装置安装在冲头上。

12.如权利要求1所述的试验机设备，所述试验机设备还包括：

相机单元，设置在固定夹具的下侧，以观察样品。

13.如权利要求1所述的试验机设备，其中，

驱动装置包括液压缸和电机中的至少一种。

14.一种使用试验机设备对样品执行成形极限图试验的方法，所述方法包括：

根据执行热轧还是执行冷轧而选择性地激活加热元件，加热元件设置在固定夹具和竖直可调节的移动夹具之间，固定夹具被构造为在固定夹具的上表面上容纳样品，移动夹具被设置为与固定夹具的上表面相邻；

根据执行热轧还是执行冷轧而选择性地激活设置在固定夹具和移动夹具中的至少一个的内部中的至少一个加热器；

通过操作驱动装置以驱动移动夹具的竖直运动，使移动夹具下降，以固定位于移动夹具和固定夹具之间的样品；

使得安装在移动夹具的上侧上的冲头下降，以对样品执行成形；

当样品断裂时终止冲头的下降。