力加载速度对拉深过程中声发射信号的影响

    工业生产中大多数板料成形方法都采用的是拉深成形。在拉深成形中力加载速度对成形产品质量的好坏非常关键。材料或构件在载荷的作用下产生变形或断裂时,应变能会以弹性波形式释放出来,即声发射信号,通过对声发射信号的检测和研究处理就可获得材料内部变化的一些信息[1-7]。在拉深过程中,板料与模具的摩擦、板料的塑性变形等都是声发射源,因此,对拉深过程中声发射信号采集、分析可推知拉深过程中的摩擦、板料变形的大小。本文就是对不同的力加载速度下的拉深成形过程进行声发射信号检测,为进一步探求拉深过程中声发射信号特征规律而进行的初步基础性研究[8-10]。

    1 实验

    1.1 实验原理

    实验原理如图1所示:

    1.2 实验材料及规格

    1.3 实验步骤

    本实验由三部分组成,第1部分拉深力加载速度为100 N#s-1,第2部分力加载速度为200 N#s-1,第3部分力加载速度为300 N#s-1,分别进行拉深实验且同时采集声发射信号。压边力、润滑状态以及信号采集条件相同,通过对不同速度下拉深过程产生的声发射信号特征进行分析,可以为利用声发射技术监测金属拉深过程提供实验基础。

    1.4 实验设备及参数设置

    (1)拉深设备采用上海新三思材料检测有限公司生产的微机控制电液伺服万能实验机,可以实时记录相关实验数据,如拉深力数据等。实验机型号:SHT460;准确度等级: 015级;最大负荷: 600 kN。

    (2)声发射检测仪采用北京声华兴业科技有限公司生产的SDAES数字化全波形声发射检测仪,在实验前对所用设备进行参数设置及调试,将SDAES声发射仪板卡参数分别进行优化设置:采样频率为2500 kHz;采样长度为2048;参数间隔为100Ls;闭锁时间为100Ls;为消除噪音对声发射信号的影响,故波形门限和参数门限设置为30 dB。

    2 实验结果分析

    2.1 力加载速度对拉深声发射能量的影响分析

    图3是力加载速度分别为100, 200和300 N#s-1时,拉深过程中拉深力曲线与声发射能量曲线图。观察图中的拉深力曲线可以发现:力加载速度为100 N#s-1的拉深力曲线中其位移在28~30 mm时,拉深力有小幅增加;力加载速度为200和300N#s-1的拉深力曲线在位移为30 mm左右时,虽然拉深力也略有上升,但是没有速度为100 N#s-1时上升幅度大。这是由于该实验没有进行预加载压边力,因此,在拉深过程中试样要产生失稳起皱。当力加载速度较低时,压平皱折需要更多的时间来加载力,于是就在拉深力曲线中显示出图中的效果;而当力加载速度较大时(200和300 N#s-1),皱折瞬间被压平,因此拉深力曲线就比较光滑了。不论何种力加载速度下,拉深实验的峰值拉深力都大致相当,且都接近38 kN。但是,不同力加载速度下,拉深过程中产生的声发射能量就大不相同:力加载速度为100 N#s-1时,声发射能量最大值接近550 mV#Ls;力加载速度为200 N#s-1时,拉深声发射能量峰值就达到1700 mV#Ls;而当力加载速度为300 N#s-1时,拉深声发射能量峰值接近2700 mV#Ls。由此可见,随着力加载速度的提高,声发射能量是增加的;并且,可以看出声发射能量曲线比拉深力曲线更能灵敏地表示力加载速度对拉深过程的影响。