1.本技术涉及材料性能检测领域，尤其涉及一种极限翻边高度测试方法。
背景技术：2.扩孔和翻边是金属板料加工成形中经常会碰到的一类成形方式，当扩孔和翻边工艺设计不合理或材料的扩孔翻边性能达不到要求时就会出现内孔或边部开裂的问题，这类成形问题经常在高强钢和超高强钢的冲压成形过程中碰到。高强钢或超高强钢一般为多相组织，组织均匀性和塑性差，再加上剪切冲裁导致的边部毛刺、微裂纹和残余应力，零件边缘容易在翻边扩孔过程中开裂。
3.目前关于高强钢的翻边扩孔性能有两种方法进行评估，一种是折弯试验，相关内容在标准gb/t 38806-2020“金属材料薄板和薄带折弯性能试验方法”中有具体规定，另外就是扩孔试验国家标准gb t 24524-2021“金属材料薄板和薄带扩孔试验方法”，其原理是采用锥形冲头对具有冲制圆孔的试样进行翻边扩孔，直至孔边出现贯穿裂纹，见图1。扩孔率采用λ＝dh/d0定义，其中dh为扩后孔径，d0为原始孔径，一般d0＝10mm。折弯试验主要检测材料在规定弯芯半径下的极限折弯角度，对于评估材料的翻边扩孔性能意义不大。扩孔试验是评估材料翻边性能的主要方法，其圆孔的冲制和扩孔翻边过程与冲压工艺相近，能够有效体现材料的实际使用性能。但由于扩孔试验是基于标准方法的测试，用于材料扩孔性能的评估没问题，但扩孔率的测量结果难以直接用于模具设计或材料的选用，很难将扩孔率直接采用几何关系映射到实际零件翻边变形的结构上。
4.一般普通软钢的扩孔率在60％以上，而高强钢很少有超过50％的，很多高强和超高强钢的扩孔率在15-30％之间。由于高强钢的极限扩孔率较小，测试过程中受试验条件、材料性能波动和人为因素的干扰较大，检测数据的波动性也很大，可以达到5％，这给采用标准方法获得的高强钢扩孔率的应用带来了一定的困扰。再加上实际零件翻边变形后的结构变化较大，与材料的扩孔凸缘结构并不一致，我们很难将扩孔率同零件的极限翻边高度对应起来，给零件的设计和材料的使用带来了一定的障碍。标准扩孔试验采用的是φ10的圆孔，实际零件的圆孔直径尺寸则有很多，不同的圆孔直径，扩孔过程中孔边附近的应变梯度差异会很大，孔越小，应变梯度越大，应力和应变集中越明显，最终扩孔率会低于标准试验的结果。另外除了圆孔翻边外，还有内、外翻边变形，翻边变形的翻边高度所受的影响因素更多，包括凹模翻边开口角度，内角过渡弧半径，凹模压边部位的圆角，材料的切口过渡弧半径等。零件的孔边应变状态或边部应变集中程度会严重影响到零件的实际翻边高度，应力应变集中程度低时实际零件的翻边高度就会高，反之则低。因此，扩孔试验方法难以确定材料极限翻边高度。
技术实现要素：5.本技术提供一种极限翻边高度测试方法，旨在解决现有的材料翻边扩孔性能的测试方法使用不便捷的问题。
6.本技术的技术方案是：
7.一种极限翻边高度测试方法，包括以下步骤：
8.s1，将待测试翻边高度的试样置于压边模和凹模之间，且所述凹模处于所述试样的上表面上；所述试样的v形缺口的毛刺朝向所述凹模，且所述试样的v形缺口的边部超出所述压边模的边部的宽度为b；启动冲头并对所述试样施加压边力fb而压紧所述试样，通过所述冲头运动对所述试样进行翻边成形；
9.s2，检查翻边后的所述试样的v形缺口的边部是否有贯穿裂纹并测量所述试样的翻边高度；若无贯穿裂纹则选择新的且相同的所述试样，将定位尺寸b的宽度调整为b+
△
b，并进行步骤s1中的翻边试验直至出现贯穿裂纹；若新的所述试样的第一次翻边试验出现了贯穿裂纹，则对所述试样的翻边高度进行第一次测量；然后在所述定位尺寸b的宽度调整为b+
△
b的情况下对新的所述试样进行第二次翻边试验，直至新的所述试样出现贯穿裂纹，并对所述试样的翻边高度进行第二次测量；最后在所述定位尺寸b的宽度调整为b+
△
b的情况下对新的所述试样进行第三次翻边试验，直至新的所述试样出现贯穿裂纹，并对所述试样的翻边高度进行第三次测量；得出三次测量所得的所述试样的翻边高度的平均值，将所述平均值作为所述试样的极限翻边高度hm；所述极限翻边高度hm为所述试样所采用的测试材料在切口圆角半径为r、翻边内角为θ、翻边内角半径为r时的极限翻边高度；
10.s3，取一系列不同尺寸的所述压边模、所述凹模以及相应的切口半径为r的新的所述试样进行步骤s1和步骤s2中的翻边试验，获得相应参数的试验结果；其中，所述压边模的内角为θ、内角半径为r，所述凹模的翻边内角为θ、翻边内角半径为r；
11.s4，根据测试的极限翻边高度建立翻边高度与翻边内角θ之间的关系θ～hm/r，采用对数关系y＝alnx+b对数据点进行拟合而得到拟合曲线，所述拟合曲线代表了所采用的所述测试材料的极限翻边性能水平，所述拟合曲线的水平越高则所述测试材料的翻边性能越好。
12.作为本技术的一种技术方案，在步骤s1中，所述凹模的翻边内角为θ、内角过渡弧半径为r、压边圆角半径为r1；所述压边模的内角为θ、内角过渡弧半径为r；所述冲头的上部为棱锥形结构、下部为棱柱形结构，且所述棱柱形结构的棱柱截面的内角为θ，所述棱锥形结构的棱锥面的倾角为α、圆角半径为r2，所述棱锥形结构的棱锥面与所述棱柱形结构的棱柱面的过渡弧半径为r3；所述试样为冲裁的带v形缺口的板状样，所述试样的厚度为t、缺口的内角为θ、v形缺口的内角半径为r、缺口的边部长为l。
13.作为本技术的一种技术方案，在步骤s1中，所述凹模的翻边内角为30
°
≤θ《180
°
，内角过渡弧半径为r3～r30；所述压边模的内角为30
°
≤θ《180
°
，内角过渡弧半径为r3～r30；所述棱锥形结构的棱锥面的倾角为45
°
≤α《180
°
。
14.作为本技术的一种技术方案，在步骤s1中，所述凹模的翻边内角θ为30
°
、60
°
、90
°
、120
°
或者150
°
；所述压边模的内角为30
°
、60
°
、90
°
、120
°
或者150
°
。
15.作为本技术的一种技术方案，在步骤s1中，所述试样的测试材料的厚度t为0.2～12.0mm。
16.作为本技术的一种技术方案，在步骤s1中，所述试样的v形开口角度θ与所述凹模的翻边内角的角度相同、内角过渡弧半径r≤r。
17.作为本技术的一种技术方案，在步骤s1中，所述试样由采用冲裁的方法加工厚度
为0.2～12.0mm且带v形缺口的金属板材制作而成。
18.本技术的有益效果：
19.本技术提供了一种极限翻边高度测试方法，采用本方法可以直接对薄金属材料的极限翻边高度进行测试，具有以下特点：(1)试验过程同零件的翻边工艺相一致，所测得的结果可以直接用于零件翻边工艺的设计和材料的优化选用；(2)该方法能够以较少的试样尺寸完成极限翻边高度的测定，降低了试验的操作难度；(3)通过规定几种常用的翻边工艺结构尺寸，在该系列参数下进行材料的极限翻边性能测定，可以获得不同翻边工艺下材料的极限翻边性能曲线，依据该曲线可以指导零件翻边结构的设计。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
21.图1为现有的扩孔试验方法示意图；
22.图2为本技术实施例提供的凹模示意图；
23.图3为本技术实施例提供的凹模第一角度示意图；
24.图4为本技术实施例提供的压边模示意图；
25.图5为本技术实施例提供的压边模第一角度示意图；
26.图6为本技术实施例提供的冲头俯视图；
27.图7为本技术实施例提供的冲头正视图；
28.图8为本技术实施例提供的试样示意图；
29.图9为本技术实施例提供的试样在压边模上的位置示意图；
30.图10为本技术实施例提供的试样、凹模以及压边模装配示意图；
31.图11为本技术实施例提供的测试材料的极限翻边性能与翻边内角的关系示意图；
32.图12为本技术实施例提供的某一种测试材料的极限翻边性能与翻边内角的关系。
33.图标：1-凹模；2-压边模；3-试样；4-冲头。
具体实施方式
34.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
37.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
38.此外，在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
39.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
40.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
41.实施例：
42.请参照图1，配合参照图2至图12，本技术实施例提供一种极限翻边高度测试方法，包括以下步骤：
43.s1，将待测试翻边高度的试样3置于试验装置的压边模2和凹模1之间，且凹模1处于试样3的上表面上；试样3的v形缺口的毛刺朝向凹模1，且试样3的v形缺口的边部超出压边模2的边部的宽度为b；启动冲头4并对试样3施加压边力fb而压紧试样3，通过冲头4运动对试样3进行翻边成形；其中，凹模1的翻边内角为θ、内角过渡弧半径为r、压边圆角半径为r1，凹模1的翻边内角θ为30
°
≤θ《180
°
，具体地，凹模1的翻边内角θ可以取30
°
、60
°
、90
°
、120
°
或者150
°
等，凹模1的内角过渡弧半径为r3～r30，可以取r30、r15或者r8等；压边模2的内角为θ、内角过渡弧半径为r，压边模2的内角为30
°
≤θ《180
°
，具体地，压边模2的内角θ可以取30
°
、60
°
、90
°
、120
°
或者150
°
等，内角过渡弧半径为r3～r30，可以取r30、r15或者r8等；冲头4的上部为棱锥形结构、下部为棱柱形结构，且棱柱形结构的棱柱截面的内角为θ，棱锥形结构的棱锥面的倾角为α、圆角半径为r2，棱锥形结构的棱锥面与棱柱形结构的棱柱面的过渡弧半径为r3，棱锥形结构的棱锥面的倾角为45
°
≤α《180
°
；试样3为冲裁的带v形缺口的板状样，试样3的厚度为t(t可以为0.2～12.0mm)，缺口的内角为与凹模翻边内角相同的θ，v形缺口的内角半径为r≤r，缺口的边部长为l；
44.s2，检查翻边后的试样3的v形缺口的边部是否有贯穿裂纹并测量试样3的翻边高度；若无贯穿裂纹则选择新的且相同的试样3，将定位尺寸b的宽度调整为b+
△
b，并进行步骤s1中的翻边试验直至出现贯穿裂纹；若新的试样3的第一次翻边试验出现了贯穿裂纹，则对试样3的翻边高度进行第一次测量；然后在定位尺寸b的宽度调整为b+
△
b的情况下对新的试样3进行第二次翻边试验，直至新的试样3出现贯穿裂纹，并对试样3的翻边高度进行第
二次测量；最后在定位尺寸b的宽度调整为b+
△
b的情况下对新的试样3进行第三次翻边试验，直至新的试样3出现贯穿裂纹，并对试样3的翻边高度进行第三次测量；得出三次测量所得的试样3的翻边高度的平均值，将平均值作为试样3的极限翻边高度hm；极限翻边高度hm为试样3所采用的测试材料在切口圆角半径为r、翻边内角为θ、翻边内角半径为r时的极限翻边高度；
45.s3，取一系列不同尺寸的压边模2、凹模1以及相应的切口半径为r的新的试样3进行步骤s1和步骤s2中的翻边试验，其中，压边模2的内角为θ、内角半径为r，凹模1的翻边内角为θ、翻边内角半径为r，获得相应参数的试验结果，如下表所示；
46.试验翻边内角θ翻边内角半径r试样3切口半径rhm1θ1nr1r1h1...
ꢀꢀꢀꢀ
nθnnr
nrnhn
...
ꢀꢀꢀꢀ
47.s4，根据测试的极限翻边高度建立翻边高度与翻边内角θ之间的关系θ～hm/r，采用对数关系y＝alnx+b对数据点进行拟合而得到拟合曲线，拟合曲线代表了所采用的测试材料的极限翻边性能水平，拟合曲线的水平越高则测试材料的翻边性能越好。
48.具体地，上述的一种极限翻边高度测试方法的具体实施过程为：
49.(1)某测试材料的厚度t为1.0mm；
50.(2)试样3的尺寸：试样3尺寸为v形开口角度θ为90
°
，内角过渡弧半径r＝8mm，缺口边部长度l＝80mm。采用冲裁的方法加工厚度规格t＝1.0mm某金属板材带v形缺口的试样3，试样3缺口边部的剪切质量没有明显毛刺，剪切面无明显缺口和凹坑等缺陷，光亮带宽度占试样3厚度25-50％为宜；
51.(3)试验模具的选择：极限翻边高度试验凹模1选择v形开口角度θ为90
°
、内角过渡弧半径r＝16mm、压边部位圆角半径r1＝1mm的尺寸；冲头4选择对应结构尺寸θ＝90
°
、圆角半径r2＝15mm、棱锥面的倾角为α＝60
°
的尺寸；压边模2选择v形开口角度θ为90
°
、内角过渡弧半径r＝16mm、压边部位圆角半径r1＝1mm的尺寸；
52.(4)试验过程及结果：将凹模1和压边模2装配在小型成形试验机上，压边力和冲头4速度可调。将试样3置于压边模2和凹模1之间，调整试样3v形缺口边部露出部分的宽度b，控制b的初始尺寸为5mm，后续尺寸可以逐级增加，增加量取
△
b＝0.5mm；压紧试样3后启动小型成形试验机，冲头4将试样3v形缺口边部完全垂直翻起；当b＝6mm时试样3v形缺口翻边后出现贯穿裂纹，，测量试样3的翻边高度值为6.34mm；重新选择第二个相同的试样3，并选取b＝6mm的定位尺寸而进行相同的操作方法，测量试样3的翻边高度值为6.22mm；最后再选择第三个相同的试样3，并选取b＝6mm的定位尺寸而进行相同的操作方法，测量试样3的翻边高度值为6.13mm；测得试样3所采用的测试材料的极限翻边高度hm＝(6.34+6.22+6.13)/3＝6.23mm；
53.(5)取不同模具和试样3尺寸进行重复试验，结果如下表：
54.试验翻边内角θ翻边内角半径r试样切口半径rhm130632.85230632.79
330632.814601053.855601053.926601053.897901686.018901685.989901686.11012020146.781112020146.751212020146.741315030229.021415030229.041515030229.06
55.(6)根据上表中的测试数据计算hm/(r-r)，并在图9中作出该值与翻边内角θ的数据点(θ，hm/r)，对数据点进行对数拟合，该拟合曲线代表了该材料的极限翻边性能水平。
56.综上可知，本技术提供了一种极限翻边高度测试方法，采用本方法可以直接对薄金属材料的极限翻边高度进行测试，具有以下特点：(1)试验过程同零件的翻边工艺相一致，所测得的结果可以直接用于零件翻边工艺的设计和材料的优化选用；(2)该方法能够以较少的试样3尺寸完成极限翻边高度的测定，降低了试验的操作难度；(3)通过规定几种常用的翻边工艺结构尺寸，在该系列参数下进行材料的极限翻边性能测定，可以获得不同翻边工艺下材料的极限翻边性能曲线，依据该曲线可以指导零件翻边结构的设计。
57.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，应包含在本技术的保护范围之内。
技术特征：1.一种极限翻边高度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，将待测试翻边高度的试样置于压边模和凹模之间，且所述凹模处于所述试样的上表面上；所述试样的v形缺口的毛刺朝向所述凹模，且所述试样的v形缺口的边部超出所述压边模的边部的宽度为b；启动冲头并对所述试样施加压边力fb而压紧所述试样，通过所述冲头运动对所述试样进行翻边成形；s2，检查翻边后的所述试样的v形缺口的边部是否有贯穿裂纹并测量所述试样的翻边高度；若无贯穿裂纹则选择新的且相同的所述试样，将定位尺寸b的宽度调整为b+
△
b，并进行步骤s1中的翻边试验直至出现贯穿裂纹；若新的所述试样的第一次翻边试验出现了贯穿裂纹，则对所述试样的翻边高度进行第一次测量；然后在所述定位尺寸b的宽度调整为b+
△
b的情况下对新的所述试样进行第二次翻边试验，直至新的所述试样出现贯穿裂纹，并对所述试样的翻边高度进行第二次测量；最后在所述定位尺寸b的宽度调整为b+
△
b的情况下对新的所述试样进行第三次翻边试验，直至新的所述试样出现贯穿裂纹，并对所述试样的翻边高度进行第三次测量；得出三次测量所得的所述试样的翻边高度的平均值，将所述平均值作为所述试样的极限翻边高度hm；所述极限翻边高度hm为所述试样所采用的测试材料在切口圆角半径为r、翻边内角为θ、翻边内角半径为r时的极限翻边高度；s3，取一系列不同尺寸的所述压边模、所述凹模以及相应的切口半径为r的新的所述试样进行步骤s1和步骤s2中的翻边试验，获得相应参数的试验结果；其中，所述压边模的内角为θ、内角半径为r，所述凹模的翻边内角为θ、翻边内角半径为r；s4，根据测试的极限翻边高度建立翻边高度与翻边内角θ之间的关系θ～hm/r，采用对数关系y＝alnx+b对数据点进行拟合而得到拟合曲线，所述拟合曲线代表了所采用的所述测试材料的极限翻边性能水平，所述拟合曲线的水平越高则所述测试材料的翻边性能越好。2.根据权利要求1所述的极限翻边高度测试方法，其特征在于，在步骤s1中，所述凹模的翻边内角为θ、内角过渡弧半径为r、压边圆角半径为r1；所述压边模的内角为θ、内角过渡弧半径为r；所述冲头的上部为棱锥形结构、下部为棱柱形结构，且所述棱柱形结构的棱柱截面的内角为θ，所述棱锥形结构的棱锥面的倾角为α、圆角半径为r2，所述棱锥形结构的棱锥面与所述棱柱形结构的棱柱面的过渡弧半径为r3；所述试样为冲裁的带v形缺口的板状样，所述试样的厚度为t、缺口的内角为θ、v形缺口的内角半径为r、缺口的边部长为l。3.根据权利要求2所述的极限翻边高度测试方法，其特征在于，在步骤s1中，所述凹模的翻边内角为30
°
≤θ<180
°
，内角过渡弧半径为r3～r30；所述压边模的内角为30
°
≤θ<180
°
，内角过渡弧半径为r3～r30；所述棱锥形结构的棱锥面的倾角为45
°
≤α<180
°
。4.根据权利要求3所述的极限翻边高度测试方法，其特征在于，在步骤s1中，所述凹模的翻边内角θ为30
°
、60
°
、90
°
、120
°
或者150
°
；所述压边模的内角为30
°
、60
°
、90
°
、120
°
或者150
°
。5.根据权利要求2所述的极限翻边高度测试方法，其特征在于，在步骤s1中，所述试样的测试材料的厚度t为0.2～12.0mm。6.根据权利要求2所述的极限翻边高度测试方法，其特征在于，在步骤s1中，所述试样的v形开口角度θ与所述凹模的翻边内角的角度相同、内角过渡弧半径r≤r。7.根据权利要求6所述的极限翻边高度测试方法，其特征在于，在步骤s1中，所述试样
由采用冲裁的方法加工厚度为0.2～12.0mm且带v形缺口的金属板材制作而成。
技术总结本申请提供一种极限翻边高度测试方法，包括：将试样置于压边模和凹模之间；试样V形缺口的边部超出压边模的宽度为b；启动冲头并对试样施加压边力Fb；翻边后的试样的V形缺口的边部若无贯穿裂纹则选择新的且相同的试样，将定位尺寸b的宽度调整为b+
技术研发人员：祝洪川 胡宽辉 孟庆格 王俊霖 陈一鸣 孙伟华 彭文杰 魏星 谭文
受保护的技术使用者：武汉钢铁有限公司
技术研发日：2022.07.08
技术公布日：2022/11/1
