在國家標準GB/T4156《金屬材料，薄板和薄帶，埃里克森杯突試驗》中明確指出，在試驗時應(yīng)使用潤滑劑，并且指出“使用不同類型的潤滑劑會影響實驗結(jié)果”。但標準并未進一步說明影響的程度與影響的機理。在筆者從事新型全自動杯突試驗機研制工作中，接觸到了大量的從事金屬板材杯突試驗的工作人員，大家對這一問題都感到比較困惑。為此筆者進行的大量的試驗工作，并進行了初步的理論分析，對此問題有了初步的認識，在此簡略的進行描述，供大家參考。
　　
　　一、潤滑劑的選擇
　　
　　不同的潤滑劑得到的試驗結(jié)果不盡相同，為此國標GB/T4156中提供了一個比較典型的潤滑劑配方。經(jīng)過走訪發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實中這一配方的使用并不廣泛，究其原因主要是因為試驗所需的劑量太少，沒有成品可供采購，自行配制原材料的采購也很困難。在實際工作中往往采用醫(yī)用凡士林代替，這主要是因為醫(yī)用凡士林采購非常方便，一般醫(yī)藥商店都有銷售，另外它的成分、純度比較穩(wěn)定，試驗結(jié)果也較為理想，但有一點需要引起注意，醫(yī)用凡士林的黏度受溫度的影響較大，因此最好在恒溫環(huán)境下進行試驗。并應(yīng)長期使用同一牌號。
　　
　　對于比較性試驗，對潤滑劑的要求較低，也可選工業(yè)用潤滑脂、工業(yè)黃油等作為潤滑劑。但對于性能測試試驗，建議使用醫(yī)用凡士林，而避免使用工業(yè)潤滑脂，工業(yè)黃油。
　　
　　二、對不同厚度材料的影響
　　
　　國標GB/T4156規(guī)定的材料厚度的范圍為0.1mm-2mm，但筆者目前實際了解到的材料厚度范圍則遠大于此，最厚達到6mm，最小為0.008mm。對于超范圍的材料，由于沒有相應(yīng)的標準規(guī)定，所以人們還是借用國標GB/T4156來進行試驗。那么借用的標準對試驗會產(chǎn)生什么影響呢？經(jīng)過大量的跟蹤調(diào)查與實驗發(fā)現(xiàn)，潤滑劑對不同厚度試樣的試驗結(jié)果有明顯不同的影響。對于厚度在0.5mm以上的試樣影響可以不計；對于0.5mm-0.05mm厚度的式樣影響較小；使用潤滑劑與不使用潤滑劑杯突試驗值相差約在0.1-0.5mm左右；0.05mm以下厚度試樣的結(jié)果誤差非常大。如某種0.008mm厚度試樣，經(jīng)過多次反復(fù)試驗，使用醫(yī)用凡士林作為潤滑劑的平均杯突值為6mm，而不使用潤滑劑時的杯突值為4.5mm，兩者竟然相差25%左右。因此在進行超薄材料杯突試驗時，必須使用潤滑劑，并且要明確告知試樣提供者，所用的潤滑劑的名稱、牌號以及試驗環(huán)境溫度，在進行結(jié)果比對時也必須以相同的條件(如潤滑劑名稱、牌號、試驗環(huán)境溫度以及試驗加載速度、沖頭、沖模尺寸，裂紋判斷標準等)下的結(jié)果進行對比，否則會得出不一致的結(jié)論。
　　
　　三、引起數(shù)據(jù)誤差的原因
　　
　　使用不同潤滑劑會得到不同的結(jié)果，這只是產(chǎn)生誤差的外在表象，引起這種表象的內(nèi)在原因是什么呢？通過分析杯突試驗的實驗過程以及杯突試驗機的結(jié)構(gòu)原理，我們知道引起這種現(xiàn)象的原因很多，但是最主要的是由于沖頭與沖模的不同軸度以及沖頭的光潔度、材料表面的粗糙度引起的。在試驗過程中沖頭與試樣表面處于一個相對運動的狀態(tài)，它們之間存在一定的摩擦力，從而影響了實驗結(jié)果，使用潤滑劑減少了相對運動時的摩擦力，相當于提高了沖頭的光潔度，減少了試樣的粗糙度，并相應(yīng)的減少了不同軸度的影響。
　　
　　下面就不同軸度與粗糙度是如何影響試驗結(jié)果的分別加以分析：
　　
　　1、不同軸度的影響
　　
　　杯突試機示意圖
　　
　　(1)圖中沖頭中心距離壓模對稱兩邊的距離；
　　
　　(2)b沖頭沖入的深度，也就是杯突值；
　　
　　(3)試驗過程中試樣變形部分的長度。一般情況下，為一弧線，有時候變?yōu)橐欢位【€ 一段直線；
　　
　　(4)為壓模邊距到?jīng)_深底部的連線。作為變性性分析，為了簡化計算，我們用代替。我們假設(shè)材料在圖示方向的延伸率為20%,沖模直徑為20mm。首先假設(shè)同軸度為理想狀態(tài)，那么==20/2=10mm由延伸率20%可以知道當出現(xiàn)裂紋時：
　　
　　==10 10*20%=12mm；
　　
　　b===6.63mm(b即為杯突值)
　　
　　如果同軸度偏離1mm(這只是為了證明問題，實際不可能這么大)且在圖中左偏，那么=9mm,=11mm
　　
　　20%延伸率=9 9*20%=10.8mm
　　
　　=11 11*20%=13.2mm
　　
　　按，求b==5.97mm
　　
　　按，求b==7.30mm
　　
　　由于當b=5.97mm時，試樣已出現(xiàn)裂紋，故實際杯突值只有5.97mm,與完全同軸的6.63mm比相差了(6.63-5.97)/6.63100%=10%。
　　
　　從上面的分析可以看出，同軸度的影響是非常嚴重的，但事實上，并非如此。這是為什么呢？原因是以上的分析中是假定沖頭最高點與試樣的接觸點在整個沖壓過程中位置不發(fā)生變化。但事實上在試驗過程中接觸點會產(chǎn)生滑動。這樣以上計算過程就不成立了。
　　
　　由于偏心，在試驗過程中左右兩邊的應(yīng)變值就不一樣。從材料的拉伸應(yīng)力——應(yīng)變特性我們知道，應(yīng)變大的一邊的應(yīng)力也大，這樣在試驗過程中，材料就會向應(yīng)力大的一邊滑動，力求使兩邊的應(yīng)力相等。但是，在滑動的過程中沖頭與試樣是相接觸的，在接觸面必然會產(chǎn)生一個阻止滑動的摩擦力，摩擦力越小，兩邊的應(yīng)力就越容易平衡，得到結(jié)果也就越準確。
　　
　　對確定的試驗機，確定的試樣，如何才能減少摩擦，最好的辦法就選擇最好的潤滑劑。
　　
　　2、沖頭光潔度，試樣平整度的影響
　　
　　杯突試驗是用來檢驗金屬板材在“拉延成型時承受塑性變形能力”的。這也就是說在試驗過程中,材料只能承受拉伸作用,而不應(yīng)符加承受其它作用。但事實上并非如此，由于沖頭不可能絕對滑，試樣也不可能絕對平整，因此必然還會產(chǎn)生其它的符加作用。一般而言，應(yīng)該存在以下三種作用：(1)頂破作用、(2)穿刺作用、(3)剪切作用。
　　
　　(1)頂破作用：如果沖頭表面的紋路如圖(一)則試樣的局部將產(chǎn)生頂破作用，此時由于應(yīng)力集中，可能在未到達杯突值時，首先在頂破作用點提前破裂，以致于應(yīng)力極劇增大引起裂紋擴展。產(chǎn)生出現(xiàn)拉延裂紋的假象。
　　
　　(2)穿刺作用：如果沖頭表面的紋路如圖(二)則試樣的局部將產(chǎn)生穿刺作用，產(chǎn)生應(yīng)力集用，在穿刺處提前破裂，從而引起應(yīng)力極劇增大，引起裂紋擴展，產(chǎn)生拉延裂紡的假象。而且穿刺作用對試樣的破壞比頂破作用更大。
　　
　　(3)剪切作用：如果由于試樣的凹凸點與沖頭的凹凸點產(chǎn)生了嵌合作用如圖三。如前所述由于偏心，在試驗過程中試樣就會產(chǎn)生滑動，這樣就會產(chǎn)生剪切作用。同上兩點一樣，同樣會在局部產(chǎn)生應(yīng)力集中，試樣會在應(yīng)力作用點提前破裂，產(chǎn)生拉延裂紋的假象。
　　
　　沖頭紋路局部放大圖沖頭紋路局部放大圖沖頭紋路局部放大圖
　　
　　(圖一)(圖二)(圖三)
　　
　　對確定的試驗機，確定的試樣，這種缺陷是不可改變的，我們無法消除，但我們可以通過使用潤滑劑來填充凹點，這相當于改變了沖頭與試樣的光潔度進而提高了試驗的準確度。
　　
　　由于杯突試驗的整個過程受力非常復(fù)雜，限于筆者的水平不可能進行非常深入的定量分析；對于使用潤滑劑的必要性,以及使用潤滑劑可改善試驗結(jié)果的原因,只能進行以上簡單的定性分析，拋磚引玉。筆者希望有更專業(yè)的人士對此進行更深入的研究探討,以提高杯突試驗的制造水平與試驗準確度，為我國材料的發(fā)展與應(yīng)用貢獻力量。
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