金属薄板屈服应力测量工具及方法与流程

1.本发明涉及测量工具技术领域，具体地说，涉及一种金属薄板屈服应力测量工具及方法。


背景技术：

2.以弯曲为主的变形是金属薄板深冷成形制造的主要加工方式，比如辊压成形。现有技术无法快速的、高效、低成本的检测材料的屈服应力；另一方面由于某些材料的应变时效效应，材料存在上屈服应力、下屈服应力等不确定的屈服行为，这些小应变范围会影响材料在非变形区域的非常多的行为，包括材料边部波浪等。最后，目前大部分的金属塑性成形都是以弯曲变形为主，材料沿着厚度方向的力学性能变化较大，一般无法直接获得。
3.目前材料的屈服应力检测方法通常按照检测方法主要包括拉伸实验、硬度测试、回弹测试、曲率弯矩图等。但是这些方法都存在一定的问题：
4.拉伸实验：辊压成形是一种以弯曲为主的变形方式，因此不适用于测试材料的辊压弯曲成形象；
5.硬度测试：硬度测试非常适用于测试材料的抗拉强度，但不适用于测试材料的屈服应力，另外硬度测试不适用于钣金的测性能测试；
6.回弹测试：通常需要较复杂的变曲率、变角度的测试装备；
7.曲率弯矩图：该测试方式非常精确，但是只适用于厚度最小为0.3mm以内的材料。
8.因此，目前常用的几种检测方法都有很大的局限性，不能满足快速连续生产中金属薄板的屈服应力的预测和测量，如何能够对金属薄板在弯曲状态下的屈服应力进行快速预测和测量，特别是开发适应工业化生产的检测方法成为困扰企业和技术人员的难题，至今没有有效的解决方法，亟待技术人员进行创新研究。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种金属薄板屈服应力测量工具及方法，快速测量材料屈服应力。
10.本发明公开的金属薄板屈服应力测量工具所采用的技术方案是：
11.一种金属薄板屈服应力测量工具，包括本体，所述本体具有一曲面，所述曲面的曲率自始端向末端逐渐增大，且所述曲面的曲率与曲面的长度呈函数关系。
12.作为优选方案，所述曲面的曲率根据欧拉螺线进行变化。
13.作为优选方案，所述本体上形成凸台，所述凸台位于所述曲面的始端，所述凸台上开设开口槽，所述开口槽的开口方向朝向曲面。
14.作为优选方案，所述开口槽处设可拆卸的紧固件，所述紧固件用于将金属薄板一端压设在曲面始端。
15.作为优选方案，所述本体底面包括一支撑平面。
16.作为优选方案，所述本体的靠近曲面区域进行长度标识或者曲率半径标识。
17.本发明还公开一种金属薄板屈服应力测试方法，基于金属薄板屈服应力测量工具，包括以下步骤：获取金属薄板标本，测量金属薄板标本的初始曲率半径r
r
；提供测量工具，使金属薄板标本沿曲面弯曲，释放金属薄板标本，记录从曲面的始端到曲率变化转折点的长度l
m
；根据长度l
m
和曲面的曲率函数公式进行计算，获取曲率半径r
m
；
18.利用公式式中e是金属薄板标本的材料的弹性模量，t是金属薄板标本的厚度，得到金属薄板标本的屈服应力σ
y
。
19.作为优选方案，所述金属薄板标本长l毫米、宽w毫米，其中长宽比l∶w大于1∶20。
20.本发明公开的金属薄板屈服应力测量工具及方法的有益效果是：由于金属薄板存在塑性和弹性的分界点，当金属薄板在测量工具的曲面上进行弯曲之后，金属薄板会沿着弯曲方向存在某个曲率变化的转折点(弹性区域会恢复到弯曲前的状态，塑性区域发生形变)。本发明利用变曲率和力学性能的耦合关系，通过设计服从特定曲率变化的测量工具，来实现利用曲率变化转折点快速标定金属薄板的屈服应力，从而为后续金属薄板连续快速成形控制提供准确数据，为实现数字化制造和智能制造提供了技术支持，该技术可以进一步扩展为在线检测装备来实现智能制造连续生产的目的。
附图说明
21.图1是本发明金属薄板屈服应力测量工具的结构示意图。
22.图2是本发明金属薄板屈服应力测量工具的另一结构示意图。
具体实施方式
23.下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步阐述和说明：
24.请参考图1和图2，一种金属薄板屈服应力测量工具，包括本体10，所述本体10具有一曲面11，所述曲面11的曲率自始端向末端逐渐增大，且所述曲面11的曲率与曲面11的长度呈函数关系。
25.其中，请参考图1，本体10的前面、后面为平面，其曲面11位于本体10的顶面。所述曲面11的曲率根据欧拉螺线进行变化。需要注意的是，该曲面11的曲率也可以根据其他曲率变化方程进行变化，如阿基米德螺线。
26.其中，在本体10的靠近曲面11区域进行长度标识或者曲率半径标识。
27.其中，本体10中部开设贯穿前面与后面的通孔，以降低其重量，节约材料。
28.其中，本体10的底面为平面，以底面为支撑可使其保持平衡而不倾倒。
29.所述本体10上形成凸台12，所述凸台12位于所述曲面11的始端，所述凸台12上开设开口槽13，所述开口槽13的开口方向朝向曲面11。金属薄板20一端插入开口槽13内以定位。
30.所述开口槽13处设可拆卸的紧固件，所述紧固件用于将金属薄板一端压设在曲面11始端。具体的，紧固件为螺栓，在所述凸台12上设贯穿孔，紧固件设于贯穿孔。测量时，将金属薄板一端插入所述开口槽13内，拧紧紧固件使其压设在金属薄板上表面。
31.本发明还公开一种金属薄板屈服应力测试方法，基于金属薄板屈服应力测量工具，包括以下步骤：
32.s100获取金属薄板标本，测量金属薄板标本的初始曲率半径r
r
。
33.s200提供测量工具，使金属薄板标本沿曲面弯曲，释放金属薄板标本，记录从曲面的始端到曲率变化转折点的长度l
m
。其中，曲面的始端到曲率变化转折点的长度l
m
是利用精密光学设备或者工具尺测量。
34.s300根据长度l
m
和曲面的曲率函数公式进行计算，获取曲率半径r
m
。
35.s400利用公式式中e是金属薄板标本的材料的弹性模量，t是金属薄板标本的厚度，得到金属薄板标本的屈服应力σ
y
。
36.其中，曲率函数公式为曲面的曲率与曲面长度的对应函数公式。本实施例中，该函数公式为欧拉螺线。
37.典型的欧拉螺线如下公式所示：
38.x＝c(k)
39.y＝s(k)
[0040][0041]
k(k)＝2t
[0042]
式中c(x)和s(x)是二维空间坐标x的奇函数，k为螺线在某点的曲率。
[0043]
在另一实施例中，该函数公式为阿基米德螺线。
[0044]
其中，所述金属薄板标本长l毫米、宽w毫米，长宽比l：w大于1∶20。
[0045]
由于金属薄板存在塑性和弹性的分界点，当金属薄板在测量工具的曲面上进行弯曲之后，金属薄板会沿着弯曲方向存在某个曲率变化的转折点(弹性区域会恢复到弯曲前的状态，塑性区域发生形变)。本发明利用变曲率和力学性能的耦合关系，通过设计服从特定曲率变化的测量工具，来实现利用曲率变化转折点快速标定金属薄板的屈服应力，从而为后续金属薄板连续快速成形控制提供准确数据，为实现数字化制造和智能制造提供了技术支持，该技术可以进一步扩展为在线检测装备来实现智能制造连续生产的目的。
[0046]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。