一种材料精冲性能实验装置和评价方法
【专利摘要】本发明涉及一种材料精冲性能实验装置和评价方法，其实验装置包括上模部分、导板部分和下模部分；上模部分包括上模座、模柄、凸模垫板、凸模固定板和固定分段凸模；导板部分包括导板、回位弹簧、导板导套、系列活动分段凸模、氮气弹簧；下模座部分包括下模座、凹模、凹模压板、反顶块和氮气弹簧；其评价方法包括：S1.确定输入参数和输出变量；S2.确定实验方案；S3.设定评价标准；S4.评价材料精冲性能；S5.进行无量纲化处理；S6.进行灵敏度分析；S7.找出对输出变量影响程度大的工艺参数。本发明能够客观地评价材料的精冲性能，以及选取所评价材料的合理的精冲工艺参数，用于指导相关模具的设计和制造，为生产制造节约成本，创造经济效益。
【专利说明】一种材料精冲性能实验装置和评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冲压领域，更具体地说，涉及一种材料精冲性能实验装置和评价方法。
【背景技术】
[0002] 精密冲裁是一种先进的精密成形塑性加工技术，它是通过精冲模具，在专用压力 机或改装的通用压力机上，使板料在三向压应力状态下沿着所需要轮廓进行纯剪挤分离， 能得到断面光洁、垂直、平整度好、精度高的板状精密轮廓零件。精冲技术是多种基础工艺 技术与多门学科技术综合体现的系统工程，由于其具有优质、高效、低耗等优势，从1923年 至今90年来，发展非常迅猛。主要体现在以下四个方面：精冲零件结构向复杂化方向发展； 精冲模具向"三高"方向发展；精冲设备向自动化及大型化方向发展；精冲材料向高强度方 向发展。精冲技术的研究有了长足的进步，但这一技术在全国的应用还很不理想，大量适于 精冲的板状精密轮廓零件仍是用传统的、低效率的铣削加工。精冲设备、精冲模具、精冲材 料和精冲润滑油等在国内还不配套，有些还需从国外引进，制约了国内精冲技术的快速发 展。
[0003] 目前用于精冲的板材主要是容易冷挤压成形的材料：钢材主要是低碳钢、低合金 钢和不锈钢，一般含碳量< 0. 35 %，抗拉强度< 650MPa的材料应用较广；有色合金主要是 铝合金和铜合金。精冲材料不仅是保证能否实现精冲的重要条件之一，且是提高产品质量， 降低生产成本及扩大精冲使用范围的重要因素，因此开发精冲材料日益受到重视。同一钢 号经过不同的轧制方法和后加工及热处理工艺，其精冲性能差别甚大，对于这些满足不同 实际需要的新材料的精冲性能研究，主要工艺参数的合理确定显得尤为重要。随着新材料 的不断开发和材料处理方法的不断完善，以及精冲工艺逐步在国内各个金属加工行业的推 广和普及，哪些材料适合精冲和如何选用精冲材料既满足精冲工艺要求又能获得最佳的技 术经济效果，这是目前国内推广精冲工艺急待解决的重要问题之一。
[0004] 在材料精冲性能评价方面，专利CN101379207A提出了一种测定冲裁下来的试样 的端面的表面粗糙度，来评价材料精冲的加工性。然而，这种评价方法并没有具体的分析如 何选择合理的工艺参数（凸模圆角值、凹模圆角值、冲裁间隙、压边力、反顶力），也没有提 出如何根据材料特性来指导材料精冲模具的设计制造。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题在于为工业生产和科研教学实验提供一种新的精冲实 验装置，通过在该实验装置上完成的各种精冲实验可以建立各种材料的精冲质量和精冲工 艺参数之间的数据库，用于评价材料的精冲性以及指导精冲模具结构尺寸的设计和压力机 设备的选用。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种材料精冲性能实验装置， 包括上模部分、导板部分和下模部分；上模部分包括上模座、模柄、凸模垫板、凸模固定板、 固定分段凸模、导柱、钢球保持架、四个滚动导套，所述固定分段凸模通过凸模垫板和凸模 固定板安装在上模座上；
[0007] 导板部分包括导板、回位弹簧、导板导套、系列活动分段凸模、提供压边力和卸料 力的氮气弹簧、所述导板上设有V型齿圈压板，所述V型齿圈压板与四个滚动导柱过盈配合 运动，系列活动分段凸模和导板之间采用过渡配合，在系列活动分段凸模和导板之间设置 回位弹簧，使系列活动分段凸模和固定分段凸模始终保持紧贴状态，以及精冲结束后系列 活动凸模回到初始位置；
[0008] 下模座部分包括下模座、凹模、凹模压板、反顶块和氮气弹簧，所述凹模放置在下 模座的空腔中并通过凹模压板固定在下模座上，所述下模座腔内设有三个均匀分布的调节 螺钉，通过调节螺钉来调节系列活动分段凸模与凹模的对中精度。
[0009] 本发明还提供一种材料精冲性能评价方法，步骤如下：
[0010] S1、确定精冲实验中相应的输入参数，如凸模圆角、凹模圆角、冲裁间隙、压边力、 反顶力等，而每个参数可设定参数值的水平等级。输出变量根据实际实验过程中可测的数 据，可以选取冲裁光洁面h和毛刺高度1。
[0011] S2、确定实验方案。如果输入参数的个数为m，每个参数的水平数目为n，则按以下 实验方案进行实验：
[0012] a)首先取每个参数的最小值和最大值即第一个水平值和最后一个水平的值来进 行全组合，有2m种组合，即首先需按这种全组合来安排实验，这种取端值来全组合的实验， 可以确定实验的量程，量程即2 m次实验中所有输入输出最大值与最小值之差。
[0013] b)然后取每个参数的中间水平值（中点值）来安排实验，只需做一次。
[0014] c)最后一个一个因素分别和中间参考数值进行组合实验，首先，只取第一个参数 中除最小值、最大值和中点值之外的水平值，将第2至第m个参数的中间值固定住，这样共 有（n-3)种组合进行模拟；依次是第二个参数第三个参数…直至最后一个参数，每个参数 都只取该参数中除最大值、最小值和中点值之外的水平值，将其余的参数中点值固定来组 合，共有（n-3) Xm种组合。
[0015] 可得到总实验次数为：
[0016] k = 2m+l+(n-3) Xm
[0017] S3、设定材料精冲性能评价标准。对于冲裁光洁面h，其值超过料厚S的90%时， 则评定其值是合格的。对于毛刺高度1，根据所选坯料的抗力强度、零件厚度和加工精度， 选取毛刺高度规定的范围值；若毛刺高度在此范围内，则评定其值是合格的，反之亦然。最 后，综合考虑冲裁面光洁面h和毛刺高度1，只有实验过程中所测得的这两者的值都是合格 的，即评定这种材料的精冲性能好。
[0018] S4、评价材料精冲性能。按照所设计的实验方案做完实验后，对精冲后的坯料进行 冲裁光洁面和毛刺高度的测定。测完数据后，按照前面所设定的材料精冲性能评价标准，选 取合理的实验数据，评价材料精冲性能。
[0019] S5、将前面所作的k次实验得到的数据，做无量纲化处理使所有参数处于同一平 台，消除量纲影响。无量纲化处理的数据在进行多元线性回归分析处理，以便分析输入对输 出的灵敏梯度（回归系数）。
[0020] S6、对实验数据进行无量纲化处理。具体方法如下：
[0021]
【权利要求】
1. 一种材料精冲性能实验装置，其特征在于，包括上模部分、导板部分和下模部分； 上模部分包括上模座、模柄、凸模垫板、凸模固定板、固定分段凸模、导柱、钢球保持架、 四个滚动导套，所述固定分段凸模通过凸模垫板和凸模固定板安装在上模座上； 导板部分包括导板、回位弹簧、导板导套、系列活动分段凸模、提供压边力和卸料力的 氮气弹簧、所述导板上设有V型齿圈压板，所述V型齿圈压板与四个滚动导柱过盈配合运 动，系列活动分段凸模和导板之间采用过渡配合，在系列活动分段凸模和导板之间设置回 位弹簧，使系列活动分段凸模和固定分段凸模始终保持紧贴状态，以及精冲结束后系列活 动凸模回到初始位置； 下模座部分包括下模座、凹模、凹模压板、反顶块和氮气弹簧，所述凹模放置在下模座 的空腔中并通过凹模压板固定在下模座上，所述下模座腔内设有三个均匀分布的调节螺 钉，通过调节螺钉来调节系列活动分段凸模与凹模的对中精度。
2. -种利用权利要求1实验装置的材料精冲性能评价方法，其特征在于，包括以下步 骤： 51、 确定精冲实验中相应的输入参数和输出变量； 52、 确定实验方案，输入参数的个数为m，每个参数的水平数目为n， 总实验次数k为： k = Zm+l+(n-3) Xm 53、 设定材料精冲性能评价标准； 54、 评价材料精冲性能； 55、 对实验数据进行无量纲化处理，具体方法如下： [:η ^ imax ~~ ^imm 式中i表示所有输入参数和输出变量的个数；j表示总的实验次数， Xij--第j次模拟中第i个变量的值； xinredian-第i个变量在所有实验次数中的中点参考值； ximax--第i个变量在所有实验中的最大值； Ximin第i个变量在所有实验中的最小值； Zij-第i个变量在第j次实验中无量纲处理后的值； 56、 对无量纲化处理的数据进行灵敏度分析，将前面所作的k次实验得到的数据，做无 量纲化处理使所有参数处于同一平台，消除量纲影响，无量纲化处理的数据再进行多元线 性回归分析处理，分析输入对输出的灵敏梯度； 57、 根据前面所确定的输入参数，以及对所测实验数据的无量纲化处理和灵敏度分析， 找出对输出变量影响程度大的工艺参数。
3. 根据权利要求2所述的材料精冲性能评价方法，其特征在于，所述输入参数为凸模 圆角、凹模圆角、冲裁间隙、压边力和反顶力，所述输出变量为冲裁光洁面h和毛刺高度1。
4. 根据权利要求3所述的材料精冲性能评价方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对于 冲裁光洁面h，其值超过料厚S的90 %时，则评定其值是合格的；对于毛刺高度1，根据所选 坯料的抗力强度、零件厚度和加工精度，选取毛刺高度1规定的范围值；若毛刺高度1在此 范围内，则评定其值是合格的；冲裁面光洁面h和毛刺高度1，只有实验过程中所测得的冲 裁面光洁面h和毛刺高度1的值都是合格的，才评定这种材料的精冲性能好。
5.根据权利要求3所述的材料精冲性能评价方法，其特征在于，通过更换凹模可以提 供实验所需的不同凹模圆角，其间凹模刃口尺寸保持不变；对于给定凹模圆角的凹模，一方 面保证活动分段凸模圆角不变情况下，更换系列活动分段凸模的刃口尺寸，实现精冲过程 中的冲裁间隙值变化；另一方面，在保证系列活动分段凸模与凹模间隙值一致情况下，改变 凸模圆角，得到精冲实验过程中所需的不同凸模圆角。
【文档编号】G09B25/02GK104282217SQ201410553009
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】兰箭, 周青, 杨治会, 华林 申请人:武汉理工大学