杯突试验机校准技术及装置研究

　　0　引言

　　杯突试验机广泛用于检测厚度不超过4 mm的金属板、带的冷冲压塑性变形性能,其工作原理是以相应的恒定力,将试样(金属板、带)夹紧在压模与垫模之间(见图1),并用规定的球形状冲头向试样施加横向冲压力,将试样压入压模内,直至试样出现穿透裂缝为止,此时冲头压入试样的深度即为试样的杯突示值(符号IE,单位为mm)[1]。

　　影响杯突试验结果的因素主要有试样夹紧力、冲压试验力、冲头位移测深机构以及冲头、压模和垫模的相对位置误差。特别是试样夹紧力,要求四周受力均匀,目前实践中普遍反映杯突试验的试样裂缝出现在压模周边某处,这是夹紧力不均匀而引起,因而不少试验单位迫切希望能尽快解决夹紧力的校准问题。我国虽有JJG583—1988杯突试验机检定规程,但采用间接检定方法,检定部位与使用状态不一致,导致此检定规程的检测方法无法实施。为解决上述问题,分析研究现有杯突试验机的计量特性及影响因素,根据杯突试验机检定规程的要求,对具体校准方法和手段进行补充,研制出实用的杯突试验机校准装置,包括力值(冲压力和夹紧力)校准系统和位移测量系统(冲头位移测深机构及压模、垫模与冲头相对位置误差测量)是需要迫切解决的工程技术问题。

　　1　杯突试验机校准装置系统设计

　　1·1　杯突试验机校准装置总体设计

　　杯突试验机校准技术及装置的设计原则是:必须适合现场使用方便,保证校准结果的量值准确可靠,能进行自动数据采集和处理,获得的校准结果能生成原始记录和校准证书的便携式校准装置。对夹紧力的测量,采用专门独特设计的多分量力传感器,根据需要采用3分量或4分量空心圆柱型力传感器用于测量夹紧力,采用单独的实心柱型电阻应变式力传感器测量冲压试验力。

　　对压模、垫模和冲头的相对位置误差及冲头位移的测量,采用3个专用光栅测头式位移传感器,分别用于同轴度、垂直度、平面度、冲压行程的测量,测量范围分别为10 mm、20 mm、30 mm,分辨率0·001 mm.设计制造了校准同轴度、垂直度、平面度和夹紧力时使用的配套检具,保证了测量结果的准确可靠[2]。

　　校准装置由EPC-6151T工业型便携式计算机、光栅测头位移传感器、3坐标光栅信号处理及倍频卡、多分量力传感器以及具有USB接口的多分量力传感器数据处理器等部件组成,如图2所示。

　　采用工业型便携式计算机,在现场使用时不易受环境电磁干扰的影响。力传感器的数据采集处理器采用USB接口传输数据,光栅测量电路倍频卡安装在工业型便携式计算机内,使杯突试验机校准装置成为一体化便携式测量仪器。