材料成型及控制工程专业
综合实验指导书
一,金属板材成形性能综合实验
金属板材成型工艺及模具在航空航天,汽车运输,电子电器,仪表家电,医疗器械等领域有着广泛的应用,是材料成型及控制工程专业的发展方向之一.了解和掌握板材的成型性能测试和实验方法,对解决板材成型工艺,模具设计和设备选择具有十分重要的意义.
依据国家标准系列GB-T-15825-1995的推荐规范,设计了本金属板材成型性能综合实验,内含"真实应力应变曲线,球头胀形,圆筒形件拉深,圆锥形件拉深,锥杯复合成型,充液拉深"等6个子实验,涵盖了金属板材的材料性能,本构关系,简单胀形性能,简单拉深性能以及复合胀形-拉深成型性能,既能全面反映金属板材的成型性能,流动规律,也能反映金属板材成型时的起皱,破裂等缺陷,还能反映通过调节压边力大小等参数来控制金属板材的综合流动规律.从而可使学生了解金属板材的成型性能,预测成型缺陷,掌握测试和实验方法,进而能够掌握和设计金属板材成型工艺,并用于指导模具设计和设备选择.本综合实验将能有效锻炼学生运用所学知识分析问题,解决问题的能力,培养学生的创新创造能力,激发学生的学习兴趣和探究学科理论的热情.
1. 真实应力应变曲线实验
真实应力应变曲线是最基本的材料性能,它反映材料的本构关系,即应力——应变关系,为开展进一步的板材成型实验奠定基础.
2. 球头胀形实验
主要反映和测量金属板材的基本成型性能之一——胀形性能,使学生了解和掌握板材胀形的基本规律.
3. 圆筒形件拉深实验
主要反映和测量金属板材的基本成型性能之二——拉深成型性能,使学生了解和掌握板材拉深的基本规律.
4. 圆锥形件拉深实验
主要反映和测量金属板材的复合成型性能——拉深和胀形复合,既可出现外皱和内皱,也会出现破裂缺陷,加深学生对复杂成型性能的理解.
5. 锥杯复合成型实验
是国家标准推荐的标准的复合成型性能实验之二——拉深和胀形复合成型,反映和测量金属板材的拉深和胀形的复合成型性能,进一步加深学生对复杂成型性能和规律的理解.
6. 充液拉深实验
本实验在前述实验的基础上,进一步采用高压液体代替常规成型凸模,配合常规成型凹模,通过控制器调节压边圈压边力的大小,来获得满足成型质量的复杂形状零件,反映了金属板材在多种变形,多向流动的复杂变形工况下的成型性能;引导学生学习通过多种控制手段和技术来掌控金属板材的复杂成型流动,进而获得满足实际生产需求的高质量复杂冲压制件.
通过上述板材成型性能综合实验,使本专业学生掌握金属板材的真实应力应变曲线,本构关系,胀形性能,拉深性能,胀形-拉深复合成型性能,以充液拉深为代表的复杂成型方法,理解起皱,破裂等板材成型缺陷,更好地理解理论知识,掌握国家标准测试方法,掌握板材简单成型工艺和复合成型工艺,进而能够学会制定板材成型工艺,进行模具设计,并学会选择成型设备.
实验1.1 真实应力应变曲线实验
一,实验目的
1.了解Zwick万能材料试验机的工作原理,初步掌握试验机的操作规程.
2.测定金属板材的屈服(流动)极限σS,强度极限σb,延伸率δ和截面收缩率φ.
3.根据测定的材料的工程应力-应变曲线建立其真实应力-应变曲线.
4.观察试件在拉伸过程中的各种现象(弹性,屈服,强化,颈缩).
二,实验仪器,设备及材料
1. Zwick万能材料试验机,游标卡尺.
2. ST16,试样尺寸见GB6397-86.
三,实验原理
1. 试样制备
测定金属材料的机械性质需要将试件制成符合国家标准的形状和尺寸(GB6397-86).对厚,薄板材,一般采用矩形式样,其宽度根据产品厚度(通常为0.1mm~25mm)采用10,12.5,15,20,25和30mm六种比例试样,尽可能采用的短比例试样.试样厚度一般应为原轧制厚度,但在特殊情况下也允许采用四面机加工的试样.通常试样宽度与厚度之比不大于4:1或8:1,式样形状见下图1所示.
图1-1 标准拉伸试样
2. 拉伸试验
金属材料在拉伸过程中,可分为三个阶段:弹性变形阶段,弹塑性变形阶段和断裂阶段.

图1-2 低碳钢拉伸应力-应变曲线
(1). 弹性变形阶段:
载荷与变形成正比关系,图中表现为Oa直线段,符合虎克定律.卸载后试件的变形能够恢复原状.σe为弹性极限应力,表示不发生永久变形的最大应力,即:当σ0.64~0.91

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