擴孔試驗

擴孔試驗是一種薄板成形性試驗。用凸模把中心帶孔的試件壓入凹模，使試件中心孔擴大，直到板孔邊緣出現頸縮或裂紋為止。試驗結果用於評價金屬薄板的翻邊成形性。被剪下或沖裁以後的金屬薄板，在受沖剪的邊緣部位會有損傷和加工硬化產生，在後續的衝壓成形加工特別是拉伸變形時，這些部位會過早地產生裂紋而導致破壞。在一些高強鋼和硬鋁合金的加工中常有這種情況發生。因翻邊是一種最典型的變形方式，為此發展了擴孔試驗。

基本介紹

• 中文名：擴孔試驗
• 外文名：hole expansion test 
• 定義：是一種薄板成形性試驗
• 試驗裝置：由凸模1、凹模2和壓邊圈3組成
• 學科：金屬塑性加工
• 套用：高強鋼和硬鋁合金加工

試驗裝置及原理

擴孔試驗裝置如圖1所示，主要由凸模1、凹模2和壓邊圈3組成。凸模上為易於試件對中常帶有定位銷4。凸模可以為平底，也可以為半球形。凹模與壓邊圈之間可以為平面，也可以帶有拉延筋。試驗用金屬薄板5中心預製圓孔，周邊被凹模與壓邊圈壓緊，以防止薄板突緣金屬流入凹模孔腔。凸模將帶孔試件壓入凹模，致使試件中心孔擴大。當孔的邊緣出現頸縮或裂紋時，停機卸載，測量此時試件中心孔的平均直徑，以其擴大量和原始孔徑的比值作為金屬薄板翻邊性能的評估指標，稱為擴孔率λ （%）：

擴孔試驗

式中d為試件變形後中心孔的平均直徑；d₀為原始孔徑。德國凱澤 · 威廉研究院 （Kaiser WilhelmInstitute） 對試驗所用模具的尺寸和試樣有一系列的規定，凡按該規定所做的試驗，其最終結果λ值稱為K.W.I值。一般情況下，去除中心孔毛刺可大大增加擴孔率。該值還隨總延伸率和塑性應變比r值的增加而增加，隨抗拉強度的增加而下降。對金屬內部夾雜物施行形態控制有助於改善翻邊性能。

圖1 擴孔試驗示意圖

a—試驗裝置；b—變形後試件

1—凸模；2—凹模；3—壓邊圈；4—定位銷；5—金屬薄板

也有用90mm×90mm的帶孔（φ12mm）方板作為試件，用φ40mm的凸模壓入，測量孔開始拉裂時的有關數據，以用下式計算的g值作為綜合評估成形性能指標：

擴孔試驗

式中h為衝壓高度，d_max，d_min分別為中心孔的最大與最小直徑。

實例

鎂合金的擴孔試驗：

試驗時，將中心帶有預製圓孔的試樣置於凹模與壓邊圈之間並壓緊，通過凸模將其下 部的試樣材料壓入凹模，迫使預製圓孔直徑不斷脹大，直至孔緣局部發生開裂，瞬時停止 凸模運動，測量試樣孔徑的最大值和最小值，用它們計算擴孔率。預製孔的大小由試沖得 出，為產生孔邊破裂的較小值。試驗原理和模具如圖2所示。試驗材料為厚度達1mm 的AZ31B鎂合金板材。其計算公式為

d_f=（d_fmax+d_fmin）/2

式中 d_fmax、d_fmin———分別為擴孔後的最大、最小孔徑

圖2擴孔試驗原理及模具

擴孔率λ的計算公式為：λ=（d_f-d_0）/d₀×100%

式中 d_f、d₀——分別為擴孔孔徑、預製孔孔徑

MAZ31鎂合金板材擴孔試驗結果

試樣序號	1	2	3	4	5	6	7	8	平均值
dfmax/mmdfmin/mm; λ/%	12.8012.92; 5.41	12.4812.60; 2.97	13.2013.24; 8.36	12.9813.00; 6.48	12.6612.76; 4.18	12.5012.64; 3.03	13.2013.18; 8.11	13.0013.18; 7.29	12.8312.90; 5. 7

上表為MAZ31鎂合金板材擴孔試驗結果，由表中數據可以看出，厚度為1mm的 MAZ31鎂合金板材的擴孔率為5.7%。