杯突试验机

杯突试验机用于评定金属薄板与带材在拉胀成形条件下的塑性变形能力，通过球形冲头将试样压入凹模直至出现穿透裂纹，以杯突值（IE 值）量化材料的成形极限。对于冲压件选材、来料复验与工艺调整而言，该试验能直接回答“这批板材能否承受既定变形量、是否需要更换牌号或调整退火工艺”的问题。其对象材料主要是厚度 0.1~4 mm 的金属薄板、带材及部分涂层板材，广泛用于汽车、家电、五金冲压与包装材料行业。

基本原理

试验时，试样被压边圈与凹模牢固夹紧，球形冲头以恒定速度向试样中心施加垂直载荷，试样在冲头与凹模之间的环形间隙内发生双向拉伸与弯曲复合变形。随着冲头位移增大，试样中心区域减薄并最终产生穿透裂纹。设备记录冲头位移—载荷曲线，以裂纹出现瞬间的冲头位移量（单位 mm）作为杯突值 IE。该值越大，表明材料在平面应力状态下的均匀变形与局部颈缩抗力越强，成形性越好。核心物理量为冲头位移 d 与压边力 F，二者共同决定试验的边界条件与结果可比性。

设备参数范围

本机为 BW-60 型杯突试验机，采用液压或机械伺服加载，配备标准球形冲头、凹模与压边圈组件，适用于薄板成形性评价。设备结构包含主机加载框架、压边力控制单元、冲头位移测量系统与数据采集软件，可按 GB/T 4156、ISO 20482 等通用方法执行，也可按客户指定标准执行。下表列出典型配置范围。

· 以上为典型配置范围，具体指标以设备实际标定为准

典型应用场景

· 汽车覆盖件用冷轧薄板、镀锌板的成形性入厂复验

· 家电外壳用铝板、不锈钢板的冲压工艺适应性评价

· 包装用铝箔、马口铁等薄带材的拉胀性能对比

· 涂层板在成形过程中的涂层抗开裂能力辅助评估

· 不同退火工艺或轧制方向下板材成形性差异的工艺验证

杯突试验对试样平整度与夹持区域完整性要求较高，送样前请确认试样满足以下条件。

不满足要求时，可协助进行裁剪、压平或清洗等制样处理；厚度低于 0.1 mm 或高硬度薄板建议先与工程师确认冲头与压边方案。

步骤 1：样品制备

· 按标准裁取圆形或方形试样，推荐尺寸不小于 60 mm×60 mm，边缘去毛刺并保持平整

· 试样表面不得有划伤、氧化皮或油污，必要时用无水乙醇清洗并干燥

· 同一批次建议制备 3 件以上平行样，以覆盖材料各向异性

步骤 2：装夹与检查

· 根据试样厚度选择匹配的凹模与压边圈，检查冲头球面有无磨损或压痕

· 将试样居中放入凹模，确认压边圈均匀压紧，避免偏心导致结果偏低

· 启动设备空行程检查位移零点与载荷零点，必要时进行清零补偿

步骤 3：上机测试

· 设定冲头速度，常规取 10 mm/min 量级，压边力按测试方案设定

· 启动加载，观察冲头位移—载荷曲线，直至试样出现穿透裂纹并自动停机

· 记录裂纹出现瞬间的冲头位移值，必要时用放大镜确认裂纹贯穿

步骤 4：数据复核

· 剔除异常值，计算平行样的杯突值平均值与极差

· 核对载荷曲线是否平滑，排除因打滑或偏心造成的突变点

· 对离散度较大的批次，检查试样方向与夹紧状态后安排复测

步骤 5：报告出具

· 报告列出杯突值、试验条件、冲头规格与平行样结果

· 注明执行标准与偏离说明，按约定周期 3~5 个工作日交付

Q1:杯突值 IE 怎么读，多少算合格？

A1:IE 是裂纹出现时的冲头位移，单位 mm，数值越大成形性越好。合格与否取决于客户图纸或工艺规定的下限值，例如某冷轧板要求 IE≥9.0 mm，则低于该值判不合格。报告同时给出平行样平均值与极差。

Q2:测试周期多久？

A2:常规 3~5 个工作日，含制样与数据复核。若需多厚度、多方向对比或加急，请在预约时说明，周期另行确认。

Q3:最少需要多少样品？

A3:常规建议 3 件平行样；铝箔等薄带材建议 5 件以上。若样品尺寸不足 60 mm×60 mm，需先与工程师确认能否改用小规格冲头。

Q4:杯突试验和拉伸试验怎么选？

A4:拉伸试验给出屈服、抗拉与延伸率，反映单向拉伸性能；杯突试验模拟双向拉胀，更接近冲压成形工况。评价冲压开裂倾向时优先选杯突，材料基础性能评价选拉伸，两者可互补。

Q5:哪些样品不适合做杯突？

A5:厚度超过 4 mm 的板材、脆性铸件、已明显锈蚀或折痕严重的试样不适合。涂层极脆的板材可能出现涂层先裂，此时以基材贯穿裂纹判定 IE。

Q6:结果异常或离散大怎么办？

A6:先检查试样方向、夹紧状态与冲头磨损，排除操作因素后可免费复测一次；若仍离散，报告会注明并建议增加平行样数量。

Q7:报告形式是怎样的？

A7:出具电子版报告，含杯突值、载荷—位移曲线、试验条件与执行标准；如需纸质盖章版或英文报告，可在预约时提出。

案例 1：汽车用冷轧薄板冲压开裂排查

【背景】某汽车零部件厂在冲压某覆盖件时出现批量开裂，怀疑来料薄板成形性波动，需对三个批次冷轧板进行成形性对比。

【测试条件】采用 BW-60 杯突试验机，冲头直径 20 mm，冲头速度 10 mm/min，压边力按测试方案设定。

【测试条件】试样厚度 0.8 mm，每批次取 3 件，分别沿轧制方向与垂直方向取样。

【分析结果】批次 A 杯突值平均 10.2 mm，批次 B 为 9.6 mm，批次 C 仅 8.1 mm，且 C 批次垂直方向离散明显。结合载荷曲线，C 批次在位移 7 mm 后载荷上升速率异常，提示局部颈缩提前。

【价值】客户据此将 C 批次退回供应商，并对 B 批次调整压边力与模具间隙，开裂率由 6% 降至 1% 以内。

案例 2：铝箔包装材料成形性评价

【背景】某包装材料企业开发更薄规格铝箔，需确认减薄后是否仍满足冲压成形要求。

【测试条件】采用 BW-60 杯突试验机，选用较小直径冲头，冲头速度 5 mm/min，降低压边力以避免起皱。

【测试条件】试样厚度 0.06 mm，每组 5 件，测试前压平并清洁表面。

【分析结果】原 0.08 mm 铝箔杯突值约 5.5 mm，新 0.06 mm 规格为 4.8 mm，虽下降但仍在工艺下限 4.5 mm 以上；个别试样出现起皱，通过调整压边力后复测稳定。

【价值】客户据此确认减薄方案可行，并据此设定冲压压边力窗口，减少了试模次数与材料浪费。