專利名稱：建立超高強硼鋼板高溫成形極限圖的試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種成形極限圖試驗裝置，尤其是一種建立超高強硼鋼板高溫成形極限圖的試驗裝置。
背景技術：
目前隨著能源和環(huán)境問題的日益突出，以及人們對轎車的安全性、可靠性、舒適性等要求的提高，各大汽車制造商努力從改善汽車的結構設計和尋找新的替代材料兩個方面減輕汽車的重量；不斷改進和采用新的零件制造工藝，提高產品的質量。作為新材料，先進高強鋼和超高強鋼的研究和使用，在提高了汽車抗碰撞性的同時，進一步滿足了輕量化的需求。但是，超高強鋼在室溫下變形能力很差，傳統(tǒng)的冷沖壓方法難以解決超高強鋼在汽車車身制造中遇到的問題。近幾年，國外學者開發(fā)出一種新的(超)高強鋼板加熱成形工藝-熱沖壓成形技術。成形極限是板料成形領域中一個十分重要的性能指標和工藝參數，它反映了加工過程中，板材在塑性失穩(wěn)前所能取得的最大變形程度。成形極限圖作為板成形領域中解決眾多難題的很有用的判據，是評價薄板成形性能的重要指標。目前對板料成形極限的研究目前主要局限于常溫冷成形和溫成形加工過程，比如一些汽車用鋁、鎂合金板料的溫沖壓成形。而對于硼鋼板等一系列超高強度鋼板的熱沖壓加工的高溫成形極限的研究還鮮有報道。而高溫成形極限作為超高強度鋼板成形性能的一個重要指標，對于指導熱沖壓模具的設計以及制定工藝都是十分關鍵的。并且，由于熱沖壓加工過程中復雜的溫度場和應力場變化，以及模具與板料之間的接觸條件，使得板料的高溫成形極限將受到很多區(qū)別于板料冷沖壓成形極限的因素影響。中國專利ZL 200320128249. 8公開了一種成形極限試驗用模具，其主要由凹模、 壓邊圈、剛性球形凸模及推動所述凸模的活塞構成，所述凹模的壓邊筋為分段式的圓弧形。 但是其裝置沒有設置加熱及冷卻控制系統(tǒng)，無法控制溫度，因此無法測試試樣在高溫狀態(tài)下的成形極限，僅能獲得常溫下試樣的成形極限。

實用新型內容本實用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種能滿足高溫脹形試驗功能，確保通過熱成形極限試驗獲得超高強硼鋼板在某特定高溫下成形極限圖的建立超高強硼鋼板高溫成形極限圖的試驗裝置。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術方案一種建立超高強硼鋼板高溫成形極限圖的試驗裝置，包括上模架和下模架，所述下模架上設有若干根導柱，所述上模架套于導柱上，上模架下表面上設有凸模裝置，下模架上設有與所述凸模裝置相對應的上下疊放通過連接件固定在一起的壓邊圈和凹模；所述上模架和下模架上分別設有冷卻水道；所述凸模、凹模和壓邊圈內均設有加熱器；所述凸模內端部位置設有溫度探針。[0009]所述上模架上設有使所述導柱穿過的導套。所述凸模裝置包括通過螺栓固定連接于上模架下表面上的凸模固定板，所述凸模固定板下部通過拆卸式凸模固定裝置連接有端部呈半球形的凸模。所述凸模固定裝置采用臺階式結構體，其上端與所述凸模固定板固定連接，下端固定于凸模中心內部。所述連接件為內六角螺釘。所述凹模上表面上設有若干拉延筋。所述加熱器為柱形加熱器。超高強度鋼板的高溫脹形模具，在模具結構和功能要求上與傳統(tǒng)的冷沖壓模具有很大的區(qū)別(1)料定位要求快速準確。由于高溫板料在空氣中的暴露時間不宜過長，否則坯料溫度下降過多，因此坯料必須能夠在模具中迅速定位。( 模具材料須具有良好的熱力學性能。高溫坯料的熱量部分將通過模具散失，勢必造成模具溫度升高，尤其表面溫度上升劇烈。在如此惡劣的工作條件下，模具還須具有足夠高的硬度能抵御與坯料發(fā)生熱摩擦。(3)模具須具有一定隔熱能力，減少模具對板料的溫降。以實現(xiàn)在不同高溫段下， 進行脹形試驗。據此，本實用新型采用半球形凸模漲形法試驗模具，凸模、壓邊圈、凹模六個位置采用柱形加熱器，其加熱溫度可以根據所需自動調整。在凸模頂端(內側)安裝了熱探針， 準確監(jiān)測變形區(qū)的溫度變化。上下模架設計了冷卻水道，保證在高溫漲形試驗過程中模具具有足夠的剛度，從而保障試驗精度。本實用新型中模具的運動過程是首先利用安裝在凹模面上的定位銷使試樣定位，壓邊圈產生足夠大的壓力，通過拉延筋將試樣壓死，然后凸模下行對試樣脹形。通過一定的試沖，調整安裝在下模架的限位柱控制凸模行程，拉深完畢后凸模上行。本實用新型結合超高強鋼板高溫漲形試驗要求，參照GB/T 15825. 8-2008《金屬薄板成形性能與試驗方法，第8部分成形極限圖(FLD)測定指南》，設計出能滿足高溫脹形試驗功能的熱脹形模具，確保通過熱成形極限試驗獲得超高強硼鋼板在某特定高溫下成形極限圖。本實用新型設計的模架帶有冷卻系統(tǒng)，可以確保模架在高溫模具下保持足夠的剛性， 保證試驗結果的可靠性；本實用新型設計在凹模、凸模和壓邊圈設置了加熱裝置，通過溫控系統(tǒng)控制加熱溫度，同時試樣變形前采用紅外測溫儀監(jiān)測試樣的溫度變化，確保了試樣在預定溫度下漲形。本實用新型對汽車用超高強碰鋼板成形性能的研究具有重要意義，可推動超高強硼鋼在汽車領域的推廣應用。

圖1是本實用新型結構示意圖；圖2是本實用新型凸模結構示意圖；圖3是圖2中A-A向剖面圖；圖4是壓邊圈結構示意圖；圖5是圖4中B-B向剖面圖；[0027]其中1-上模架，2-凸模固定板，3-凸模加熱器，4-凸模，5-壓邊圈，6_凹模，7_凹模加熱器，8-下模架冷卻水道，9-下模架，10-拉延筋，11-試樣，12-壓邊圈加熱器，13-內六角螺釘，14-導柱，15-導套，16-上模架冷卻水道，17-溫度探針，18-凸模固定裝置。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。如圖1-5所示，一種建立超高強硼鋼板高溫成形極限圖的試驗裝置，包括上模架1 和下模架9，所述下模架9上設有若干根導柱14，所述上模架1套于導柱14上，上模架1下表面上設有凸模裝置，下模架9上設有與所述凸模裝置相對應的上下疊放通過連接件固定在一起的壓邊圈5和凹模6 ；所述上模架1和下模架9上分別設有上模架冷卻水道16和下模架冷卻水道8 ；所述凸模4、凹模6和壓邊圈5內分別設有凸模加熱器3、凹模加熱器7和壓邊圈加熱器12 ；所述凸模4內端部位置設有溫度探針17。所述上模架1上設有使所述導柱14穿過的導套15。所述凸模裝置包括通過螺栓固定連接于上模架1下表面上的凸模固定板2，所述凸模固定板2下部通過拆卸式凸模固定裝置18連接有端部呈半球形的凸模4。所述凸模固定裝置18采用臺階式結構體，其上端與所述凸模固定板2固定連接， 下端固定于凸模4中心內部。所述連接件為內六角螺釘13。所述凹模6上表面上設有若干拉延筋10。所述各加熱器均為柱形加熱棒。本實用新型中的凹模6的設計與壓邊圈5結構類似。應用時，本實用新型中的溫度探針17、各加熱器、冷卻水的運行以及凸模4的動作均通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)，控制系統(tǒng)為現(xiàn)有的技術，在此不再贅述。超高強度鋼板的高溫脹形模具，在模具結構和功能要求上與傳統(tǒng)的冷沖壓模具有很大的區(qū)別(1)料定位要求快速準確。由于高溫板料在空氣中的暴露時間不宜過長，否則坯料溫度下降過多，因此坯料必須能夠在模具中迅速定位。( 模具材料須具有良好的熱力學性能。高溫坯料的熱量部分將通過模具散失，勢必造成模具溫度升高，尤其表面溫度上升劇烈。在如此惡劣的工作條件下，模具還須具有足夠高的硬度能抵御與坯料發(fā)生熱摩擦。(3)模具須具有一定隔熱能力，減少模具對板料的溫降。以實現(xiàn)在不同高溫段下， 進行脹形試驗。據此，本實用新型采用半球形凸模漲形法試驗模具，凸模4、壓邊圈5、凹模6六個位置采用柱形加熱器，其加熱溫度可以根據所需自動調整。在凸模4頂端(內側)安裝了溫度探針1，準確監(jiān)測變形區(qū)的溫度變化。上、下模架1、9設計了冷卻水道，保證在高溫漲形試驗過程中模具具有足夠的剛度，從而保障試驗精度。本實用新型中模具的運動過程是首先利用安裝在凹模上的定位銷使試樣11定位，壓邊圈5產生足夠大的壓力，通過拉延筋10將試樣壓死，然后凸模4下行對試樣脹形。 通過一定的試沖，調整安裝在下模架的限位柱控制凸模4行程，然后凸模4上行。[0044]成形極限的測試步驟(1)成形極限圖測試原理應變狀態(tài)需要實現(xiàn)從雙向拉伸到平面應變再到單向拉伸的轉變。改變試樣11與凸模4接觸面問的潤滑條件主要用來測定成形極限圖的右半部分(雙拉應變區(qū)，S卩￡l> 0，ε2>0)，如果在試樣與凸模之間加襯合適的橡膠(或橡皮)薄墊，可以比較方便地獲得接近于等雙拉應變狀態(tài)(ε工=ε 2)下的表面極限應變量，采用不同寬度的試樣主要用來測定成形極限圖的左半部分(拉壓應變區(qū)，即ε工> 0，ε 2 < 0)，如果試樣11寬度選擇適合， 可以獲得接近于單向拉伸應變狀態(tài)(ε工=-2 ε 2)和平面應變狀態(tài)(ε 2 = 0)下的表面極限應變量，同樣，試樣11的寬度規(guī)格越多，試驗確定的成形極限圖越可靠。(2)試樣制作按照GB/T 15825. 8-2008，試樣11為矩形，試樣11長度為180mm，寬度分別取180、 160、140、120、100、80、60、40、20mm共9種。隨著寬度從180mm減小到20mm，同時改變試樣
11與凸模4接觸面間的潤滑條件，從而獲得不同應變路徑下的極限主應變量。采用坐標網格應變分析方法并結合本試驗條件的要求，用有機溶劑將試樣表面清理干凈，采用電腐蝕法在試樣單面印制Φ2. 5mm的圓網格，網格為等直徑相切圓，要求網格完整清晰。光化學蝕刻方法印制在鋼板上網格即使經過高溫熱處理過程，冷卻至室溫后仍然清晰可見。(3)試驗流程為使試驗結果更準確地反映超高強度鋼板在熱沖壓成形過程中的成形性能變化， 更科學地指導后續(xù)研究，故依照實際熱沖壓成形工藝過程來設計本試驗，包括以下步驟A.利用柱形加熱棒將模具的凸模4、凹模6和壓邊圈5預先加熱到漲形預定的溫度，此溫度為熱沖壓成形過程中的溫度，其值在600-800°C之間；B.將試樣11固定在試驗模具上，試樣11的網格面背向凸模，在壓邊圈5和凹模6 之間利用連接件的夾緊力將試樣進行固定，采用感應加熱線圈將試樣加熱到900 940°C， 保溫5 6分鐘以獲得均勻的奧氏體組織；C.利用壓縮空氣G個高壓噴嘴)對試樣11進行冷卻，保證冷卻速度大于100°C/ s，確保試樣在奧氏體狀態(tài)下成形而沒有發(fā)生珠光體或者貝氏體轉變，直到試樣11溫度降到此次試驗限定的漲形溫度值。D.通過紅外測溫儀探測到試樣11溫度達到此次試驗限定的溫度值后，球形凸模4 開始在恒溫狀態(tài)下拉深成形，拉深速度10 20mm/s ；E.由于本發(fā)明模具中設置了加熱裝置，成形極限試驗裝置可以不用鋪設絕熱石棉紙。通過紅外測溫儀監(jiān)測試樣11的溫度變化，溫度測試保持在試驗預定的溫度上下浮動 10°c范圍之內，比如設定試驗溫度為600°C，則溫度的最大值和最小值在590 610°C之間浮動是可以接受的；溫度探針17測得的凸模4的溫度變化應該在設定溫度上下浮動5°C， 即595 605°C之間是可以接受的；F.試樣中部通過凸模4作用力產生漲形變形，其表面上的圓形網格發(fā)生畸變，當試樣11產生頸縮或者開裂時，停止試驗；G.采用攝像設備對臨界區(qū)域拍攝，獲得至少兩個二維影像圖，然后采用應變測量系統(tǒng)將二維影像圖處理成三維立體圖像；其中頸縮區(qū)或者緊靠開裂區(qū)的未破裂的圓形網格為臨界網格圓；具有臨近網格圓的區(qū)域為臨界區(qū)域；測量三維立體圖像中臨界網格圓的長軸直徑和短軸直徑，然后根據下式計算工程主應變和工程次應變；θι = (Cl1-Cl0)Zd0X 100(% )e2 = (d2-d0)/d0X100(% )式中ei為工程主應變，e2為工程次應變，Cl1為臨界圓形網格長軸直徑，d2為臨界圓形網格短軸直徑，d0為圓形網格初始直徑；H.試驗數據處理盡管有溫度探測及加熱裝置，試樣11在沖壓過程中還是會有溫度波動，但溫度變化在士5°C之間，基本保證了恒溫的要求。選擇靠近開裂區(qū)或頸縮區(qū)的網格點作為臨界點，通過應變分析軟尺測量該區(qū)域網格變形，并根據試驗數據點進行多項式擬合，最終得到超高強硼鋼鋼板在高溫下的成形極限圖。其中，多項式擬合屬于公知技術，在此不再贅述。
權利要求1.一種建立超高強硼鋼板高溫成形極限圖的試驗裝置，其特征在于包括上模架和下模架，所述下模架上設有若干根導柱，所述上模架套于導柱上，上模架下表面上設有凸模裝置，下模架上設有與所述凸模裝置相對應的上下疊放通過連接件固定在一起的壓邊圈和凹模；所述上模架和下模架上分別設有冷卻水道；所述凸模、凹模和壓邊圈內均設有加熱器； 所述凸模內端部位置設有溫度探針。
2.根據權利要求1所述的建立超高強硼鋼板高溫成形極限圖的試驗裝置，其特征在于所述上模架上設有使所述導柱穿過的導套。
3.根據權利要求1所述的建立超高強硼鋼板高溫成形極限圖的試驗裝置，其特征在于所述凸模裝置包括通過螺栓固定連接于上模架下表面上的凸模固定板，所述凸模固定板下部通過拆卸式凸模固定裝置連接有端部呈半球形的凸模。
4.根據權利要求1所述的建立超高強硼鋼板高溫成形極限圖的試驗裝置，其特征在于所述凸模固定裝置為臺階式結構體，其上端與所述凸模固定板固定連接，下端固定于凸模中心內部。
5.根據權利要求1所述的建立超高強硼鋼板高溫成形極限圖的試驗裝置，其特征在于所述連接件為內六角螺釘。
6.根據權利要求1所述的建立超高強硼鋼板高溫成形極限圖的試驗裝置，其特征在于所述凹模上表面上設有若干拉延筋。
7.根據權利要求1所述的建立超高強硼鋼板高溫成形極限圖的試驗裝置，其特征在于所述加熱器為柱形加熱器。
專利摘要本實用新型涉及一種建立超高強硼鋼板高溫成形極限圖的試驗裝置，包括上模架和下模架，所述下模架上設有若干根導柱，所述上模架套于導柱上，上模架下表面上設有凸模裝置，下模架上設有與所述凸模裝置相對應的上下疊放通過連接件固定在一起的壓邊圈和凹模；所述上模架和下模架上分別設有冷卻水道；所述凸模、凹模和壓邊圈內均設有加熱器；所述凸模內端部位置設有溫度探針。本實用新型結合超高強鋼板高溫漲形試驗要求，確保通過熱成形極限試驗獲得超高強硼鋼板在某特定高溫下成形極限圖。對汽車用超高強碰鋼板成形性能的研究具有重要意義，可推動超高強硼鋼在汽車領域的推廣應用。
文檔編號G01N3/02GK201993287SQ201120094359
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權日2011年4月2日
發(fā)明者原政軍, 唐炳濤, 李云江, 王紅娟, 程鋼 申請人:山東建筑大學