钣金成形工序包括简单的弯曲、拉伸和复杂零件的拉深。板材材料的机械性能极大地影响其成形性,这是一种衡量材料在断裂前可以承受的变形量的指标。这篇博客文章涵盖了确定钣金特性的重要定义,测试方法,以及用于量化它们的设备。

确定材料可以变形的程度对于设计可重复的成形操作是必要的。测试进入的板材材料也是必不可少的,因为材料特性可能因线圈而异,影响零件质量和废品率。

定义

成形过程的结果取决于材料特性和工艺变量,如应变、应变速率和温度。在一个成形过程中,应力场和应变场是如此的不同,以至于不能用一种测试来预测材料在所有情况下的成形性。然而,对材料特性的理解是决定成型过程成功与否的必要条件。

对成形性和产品质量有直接或间接影响的材料特性包括:

  • 极限抗拉强度
  • 屈服强度
  • 杨氏模量
  • 延性
  • 应变硬化指数
  • 塑性应变比

屈服强度而且极限抗拉强度与可成形性没有直接关系,但是,两种应力的大小越接近,金属的硬化程度越高。淬火金属表现出较低的延展性,这降低了它的拉伸能力。

成形过程中既有弹性变形,也有塑性变形。除去外力后,内部弹性应力松弛。如果成形工艺设计不当,应力松弛或“回弹”将导致零件改变形状或变形。价值较低的材料杨氏模量E,和/或较高的屈服强度值将表现出更大的“回弹”或形状变形。

延性被定义为材料在破裂前塑性变形的能力。延展性的两种衡量标准ASTM E8 / E8M为总伸长率和面积收缩率。

总伸长为断裂时的单轴应变量,表示为z点的应变。它包括弹性变形和塑性变形,通常报告为断裂伸长率(用于测量的规长与结果一起报告)。

面积缩小是通过测量断口处的横截面积来计算的,并以百分数表示。

应变硬化指数,n,是衡量金属因塑性变形而变强变硬的速度的指标。除去外加载荷后剩下的变形称为塑性变形。ASTM E646,一种测量塑性区域应力应变响应的拉伸试验,决定了应变硬化指数的确定。在下面的图表中,塑性区域显示在屈服强度点B和极限强度点D之间。通过在两点之间选择5个数据对来计算n值。

塑性应变比r,表示金属板在被深拉入杯子时抗变薄或变厚的能力。r值是根据宽度和纵向应变计算出来的,是衡量钣金可拉伸性的指标。ASTM E517金属片塑性应变比的标准试验方法。与许多其他材料的r值在塑性应变范围内保持不变不同,薄板的r值随着施加的轴向应变而变化,因此应在测试应变水平上报告。

钣金测试技巧

  • 标准拉伸试验用于测量板材的特性性能。更专业的测试,如简单弯曲测试、有限穹顶高度测试、杯形测试、孔扩展测试或起皱测试,可以进行模拟在实际过程中发现的应变条件。
  • 应变率灵敏度或测试速度在板料测试中非常重要。应变速率越高,材料的强度性能越好。ASTM E8规定了变形率的上限和下限,基于应变率,应力率或十字头分离。对于某些金属,E8中允许的应变率变化可能导致屈服强度变化高达20%。延性和应变硬化指数也可能发生变化。因此,应使用一个有效的恒定应变率进行比较,如拉伸试验。
  • 对于正确的n值计算,应从应力-应变曲线上塑性区域的连续部分中选择数据对。如果存在不连续,则选择曲线的连续部分,否则放弃测试。
  • 塑性应变比是一种较难测量的成形性参数,因为需要进行附加宽度应变测量。由于与测量宽度应变相关的误差,R值误差可达40-50%。每次测试后仔细检查试样,检查卷曲情况,并使用适当的伸度计刀口,以获得准确的r值。

推荐的设备

万能试验机

机电设计

专家2600系列万能试验机亚博用户登录有2kN至600kN的台式或落地式配置。用于测试金属机械性能的双柱机电UTM的典型配置包括楔形握把,MTESTQuattro和引伸计。

伺服液压控制的设计

对于静态和动态的大容量测试,我们的伺服液压eXpert 1000系列机器在价格上很有竞争力。与市场上的一些设计不同,ADMET伺服液压系统框架配备了集成电源和电子设备,从而节省了宝贵的实验室空间。eXpert 1600系统是静态伺服液压机,而eXpert 1900系统配置为动态测试。

下表包含了eXpert 2600和eXpert 1600机器框架的比较。请注意,还有更多的部队能力可用。

控制器及软件

ADMET的MTESTQuattro控制器是一种闭环伺服控制技术,具有行业领先的1,000 Hz数据采集速率。eXpert 2600和eXpert 1600系统的金属测试配备了MTESTQuattro控制器和软件预编程与ASTM标准,如ASTME8A370,E111.这些为金属行业配置的系统允许自动计算关键参数,如峰值负载,极限拉伸强度,偏置屈服,r值,n值。视频引伸计和外部数据采集可以通过共享文件访问与MTESTQuattro一起使用。

配件

楔形握把拉伸试验

钣金测试最常见的抓地力设置包括楔形握.楔形握把可以在高强度下使用,并为平面标本提供锯齿钳口,为圆形标本提供v形钳口。根据所选择的模型,楔形握把可能带有手柄挤压(GW-10T)、固定旋钮或门(GW-XT),在拉伸试样固定在颚面后必须关闭。ADMET还提供移动身体楔形握把(gw - 527),以避免对样品施加压缩负荷,以及设计用于安装在环境室中进行高温测试的楔形握持器(GW-T-T).

伸长计

根据需要计算的特性,钣金测试可能需要轴向和横向伸缩计。对于塑性应变比,r值,计算,设置需要轴向和平均横向引伸计。左侧所示的横向引伸计刀口轮廓应适合测量宽度应变。尖尖的刀刃不适用于钣金试样。

环境室

许多行业在极热或极冷的应用中使用金属材料,因此,钣金测试可能需要在环境室中测试样品。ADMET提供环境室设置低温测试(LN2),高温测试,以及两者。环境室配有自己的温度控制器,温度设置和记录也可以用MTESTQuattro软件控制。

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