CN103424315B - 用于激光拼焊板高温成形极限测量的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于激光拼焊板高温成形极限测量的实验装置，其特征在于：实验装置包括上模架、下模架，上模架和下模架形成用于容纳实验装置主体的容纳空间，实验装置主体包括置于下模架的支撑平台上的加热控温钟罩和置于加热控温钟罩内的球形冲头、凸模压边圈、凹模压边圈；实验装置还包括与加热控温钟罩相连通的气体保护系统。本发明具有有效控制拼焊板料的流动、提供恒温内部实验环境、可进行在线高温应变测量等优点，通过本发明的实验装置进行试验，能准确获得激光拼焊板在不同高温条件下用于建立高温成形极限图的试验样件，从而建立激光拼焊板高温成形极限图。

Description

用于激光拼焊板高温成形极限测量的实验装置

技术领域

本发明属薄板热冲压成形技术领域，具体地说是一种用于激光拼焊板高温成形极限测量的实验装置。

背景技术

随着热冲压成形技术不断的发展成熟，热冲压成形技术在车身部件的应用也更加广泛。中国专利ZL201110080561.3公开了一种超高强钢激光拼焊板及其成形工艺，通过激光拼焊技术，是把两块或多块强度和厚度不同的超高强钢板拼焊起来，然后加热奥氏体化后冲压成形，从而实现一个部件的不同部位具有不同的强度，满足产品所需的性能要求。与常规冲压件比，激光拼焊板热成形技术不仅提升了板料成形性，提高了强度、减轻了构件重量，而且节省了加强板和焊接工序，大大提高钢板利用率、降低制造成本，同时降低制造误差、提高产品质量。激光拼焊板热成形技术可以应用在汽车的前后门内板、后背门内板、侧围内板及汽车轮毂罩等。

成形极限图是评价薄板金属成形性的重要标准，通常通过实验手段获得。目前，针对差厚度激光拼焊板的成形极限测量，只有适用于常温条件的实验装置，且没有针对差厚度特征对模具进行细化。激光拼焊板常温成形极限图的实验就比较困难，而高温实验过程会涉及到复杂的温度场和应力场，因此需要严格控制模具温度、实验氛围温度及高温润滑条件等，此外，钢板在高温条件下还存在防氧化等问题。因此需要设计一套专门用于激光拼焊板高温成形极限测量的巧妙的实验装置。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种用于激光拼焊板高温成形极限测量的实验装置。利用本发明的实验装置能准确获得不同高温条件下用于建立高温成形极限图的试验样件，且试样的应变采集是在高温条件下进行，避免了热胀冷缩的影响。

本发明采用的技术手段如下：

一种用于激光拼焊板高温成形极限测量的实验装置，其特征在于：所述实验装置包括上模架、下模架，所述上模架和所述下模架形成用于容纳实验装置主体的容纳空间，所述实验装置主体包括置于所述下模架的支撑平台上的加热控温钟罩和置于所述加热控温钟罩内的球形冲头、凸模压边圈、凹模压边圈，所述凸模压边圈固定于所述下模架上的支撑平台，所述球形冲头置于所述凸模压边圈内，所述球形冲头与冲头连杆相连，所述冲头连杆穿过所述下模架与液力压机相连，所述冲头连杆可绕与所述液力压机的固定端在水平方向上旋转；所述凹模压边圈上端与凹模压边圈连杆相连，所述凹模压边圈连杆穿过所述上模架与压力机相连；所述实验装置还包括与所述加热控温钟罩相连通的气体保护系统。

作为优先，所述凸模压边圈与所述激光拼焊板相接触的一侧设有拉延筋，所述拉延筋与设置在所述凹模压边圈与所述激光拼焊板相接触一侧的定位槽相匹配；所述凹模压边圈包括主压边部和至少1个调节差厚压边部，所述调节差厚压边部上设有用于调节激光拼焊板差厚的垫片。

作为优先，所述凸模压边圈和所述凹模压边圈与所述激光拼焊板相接触的一侧表面及该侧表面与其相邻的内壁相交处均设有圆角。

作为优选，所述加热控温钟罩内设有加热系统、保温层和冷却系统，所述加热控温钟罩上还设有用于采集应变图像的窗口，所述窗口由耐高温透明材料制成。

作为优选，所述气体保护系统所用气体为防止激光拼焊板氧化的惰性气体，所述加热控温钟罩内还设有气体浓度传感器。

本发明所提供的球形冲头为一个整体冲头，球形冲头在冲压胀形阶段是固定不动的，在图像采集阶段能在水平面内旋转。上述的凹模压边圈可根据激光拼焊板的基底板料的厚度不同而分成多个部分组成，即一个主压边部和多个调节差厚压边部，通过垫片的调节，充分压紧变厚度的激光拼焊板，有效控制压料面上板料的流动；当然，本发明的凹模压边圈也适用于同厚度的激光拼焊板，即拼焊板的基底板料厚度相同，但每种板料的强度不同。上述的加热控温钟罩分上、下两部分，可以开启闭合，在加热控温钟罩的内壁设有由环形电阻丝组成的加热系统和由循环冷却水管构成的冷却系统，并在加热系统和冷却系统之间覆有由石棉层制成的保温层，加热控温钟罩可以获得试验所需的特定高温环境，并保证冲头、凸模压边圈及凹模压边圈的温度与所处氛围一致。在加热控温钟罩上还设有用于采集应变图像的窗口，该窗口由耐高温透明材料制成，利用猫眼窗口的原理，能扩大视窗，用于拍摄某特定高温下的破裂区域的图像，避免了热胀冷缩对应变的影响，使所得极限应变更准确。所述气体保护系统依附于加热控温钟罩，与加热控温钟罩内壁的气体进出口相连，所述气体保护系统的气体为氮气等惰性气体，从而避免了高温板料在实验过程中出现氧化皮而影响应变的测量。并在加热控温钟罩内设有特定气体浓度传感器，能反馈控制气体流量，从而确保板料在胀形试验过程中不被空气所氧化。

本发明具有有效控制拼焊板料的流动、提供恒温内部实验环境、可进行在线高温应变测量等优点，通过本发明的实验装置进行试验，能准确获得激光拼焊板在不同高温条件下用于建立高温成形极限图的试验样件，从而建立激光拼焊板高温成形极限图。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的实验装置部分，包括球形冲头、凸模压边圈及凹模压边圈的整体俯视图。

图2是图1中A-A向的剖视图。

图3是激光拼焊板的示意图。

图4是图3的侧视图。

图5是图1中B-B向的剖视图。

图6是本发明的结构示意图。

图7是蚀刻有圆圈的激光拼焊板示意图。

图中：1、上模架2、下模架3、加热控温钟罩31、上加热控温钟罩32、下加热控温钟罩33、冷却系统34、保温层35、加热系统4、主压边部41、凹模压边圈连杆5、调节差厚压边部51、垫片6、凸模压边圈7、球形冲头71、冲头连杆8、窗口9、激光拼焊板91、板料Ⅰ92、板料Ⅱ93、拼焊连接部

具体实施方式

如图6所示，一种用于激光拼焊板高温成形极限测量的实验装置，所述实验装置包括上模架1、下模架2，所述上模架1和所述下模架2形成用于容纳实验装置主体的容纳空间，所述实验装置主体包括置于所述下模架2的支撑平台上的加热控温钟罩3和置于所述加热控温钟罩3内的球形冲头7、凸模压边圈6、凹模压边圈（如图1、图2所示）。在本实施例中，激光拼焊板9（如图3、图4所示）由板料Ⅰ91和板料Ⅱ92及拼焊连接部93组成的差厚度板料，相对应的凹模压边圈由两部分组成，即主压边部4和调节差厚压边部5（如图5所示），调节差厚压边部5上设有用于调节激光拼焊板9差厚的垫片51。所述凸模压边圈6固定于所述下模架2的支撑平台上，所述球形冲头7置于所述凸模压边圈6内，所述球形冲头7与冲头连杆71相连，所述冲头连杆71穿过所述下模架2与液力压机相连，所述冲头连杆71可绕与所述液力压机的固定端在水平方向上旋转；所述凹模压边圈上端与凹模压边圈连杆41相连，所述凹模压边圈连杆41穿过所述上模架1与压力机相连；所述实验装置还包括与所述加热控温钟罩3相连通的气体保护系统。

所述凸模压边圈6与所述激光拼焊板9相接触的一侧设有三角形的拉延筋，所述拉延筋与设置在所述凹模压边圈与所述激光拼焊板9相接触一侧的定位槽相匹配，拉延筋与定位槽相配合，可有效防止板料的流动。所述凸模压边圈6和所述凹模压边圈与所述激光拼焊板9相接触的一侧表面及该侧表面与其相邻的内壁相交处均设有圆角，圆角的设计可以有效防止板料在实验过程中在压边圈拐角处的断裂。

所述加热控温钟罩3由上加热控温钟罩31和下加热控温钟罩32构成，上下结构形式可保证良好的密封性；所示加热控温钟罩3内设有由环形电阻丝构成的加热系统35、由石棉层制成的保温层34和由循环冷却水管构成的冷却系统33，所述加热控温钟罩3上还设有用于采集应变图像的窗口8，所述窗口8由耐高温透明材料制成，所示窗口8利用猫眼窗口的原理即由凸透镜和凹透镜组成，能扩大视窗，用于拍摄某特定高温下的破裂区域的图像，避免了热胀冷缩对应变的影响，使所得极限应变更准确。

所述气体保护系统所用气体为防止激光拼焊板氧化的惰性气体，通常选用氮气等常用的惰性气体，所述加热控温钟罩内还设有气体浓度传感器。

本发明提供的装置可用于不同长度、厚度、宽度的拼焊板料进行极限测量实验，如图7所示，即为一种规格的激光拼焊板9，在激光拼焊板9的非平整面上蚀刻直径为2.5mm的圆圈，用于测量。在进行实验时，将蚀刻有圆圈的激光拼焊板9放入炉中加热至920～940℃后保温6min使充分奥氏体化，然后快速冷却到预设温度后放入已具有该预设温度的加热控温钟罩3内的凸模压边圈6和球形冲头7上，并确保激光拼焊板9放置位置与凹模压边圈位置相对应，激光拼焊板9的平整面与凸模压边圈6和环形冲头7接触。在与较薄基底板料Ⅱ92接触的调节差厚压边部5上加上垫片51，垫片51的厚度为板料Ⅰ91和板料Ⅱ92的厚度差值，比如板料Ⅰ91的厚度是1.8mm，板料Ⅱ92的厚度是1.0mm，则垫片51厚度选为0.8mm。放好激光拼焊板9后，加热控温钟罩3的上加热控温钟罩31和下加热控温钟罩32闭合，保持内部温度恒定，凹模压边圈连杆41在液压力作用下，带动凹模压边圈向下移动，与激光拼焊板9接触并压紧激光拼焊板9后停止不动，此时球形冲头7在与液力压机相连的冲头连杆71作用下向上移动，使激光拼焊板9变形，直到激光拼焊板9破裂才停止移动。保持加热控温钟罩3闭合状态，凹模压边圈回位，调整球形冲头7为可旋转状态，旋动球形冲头7，使激光拼焊板9破裂处朝向图像采集窗口8，以方便用可调焦拍照镜头进行破裂区域图像采集。将采集到的照片导入应变测量系统，可分析破裂处附近圆圈的变形情况，沿椭圆长轴的变形称为主应变，沿椭圆短轴的变形称为次应变。按照中国专利ZL200910199980.1即可建立适用于激光拼焊板的热成形极限图。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于激光拼焊板高温成形极限测量的实验装置，其特征在于：所述实验装置包括上模架、下模架，所述上模架和所述下模架形成用于容纳实验装置主体的容纳空间，所述实验装置主体包括置于所述下模架的支撑平台上的加热控温钟罩和置于所述加热控温钟罩内的球形冲头、凸模压边圈、凹模压边圈，所述凸模压边圈固定于所述下模架的支撑平台上，所述球形冲头置于所述凸模压边圈内，所述球形冲头与冲头连杆相连，所述冲头连杆穿过所述下模架与液力压机相连，所述冲头连杆可绕与所述液力压机的固定端在水平方向上旋转；所述凹模压边圈上端与凹模压边圈连杆相连，所述凹模压边圈连杆穿过所述上模架与压力机相连；所述实验装置还包括与所述加热控温钟罩相连通的气体保护系统，所述加热控温钟罩由上加热控温钟罩和下加热控温钟罩构成密封空间；所述加热控温钟罩内设有由环形电阻丝构成的加热系统、由石棉层制成的保温层和由循环冷却水管构成的冷却系统，所述加热控温钟罩上还设有用于采集应变图像的窗口，所述窗口由耐高温透明材料制成，所述窗口由凸透镜和凹透镜组成用于拍摄某特定高温下的破裂区域的图像，所述气体保护系统所用气体为防止激光拼焊板氧化的惰性气体，所述加热控温钟罩内还设有气体浓度传感器。

2.根据权利要求1所述的用于激光拼焊板高温成形极限测量的实验装置，其特征在于：所述凸模压边圈与所述激光拼焊板相接触的一侧设有拉延筋，所述拉延筋与设置在所述凹模压边圈与所述激光拼焊板相接触一侧的定位槽相匹配；所述凹模压边圈包括主压边部和至少1个调节差厚压边部，所述调节差厚压边部上设有用于调节激光拼焊板差厚的垫片。

3.根据权利要求1所述的用于激光拼焊板高温成形极限测量的实验装置，其特征在于：所述凸模压边圈和所述凹模压边圈与所述激光拼焊板相接触的一侧表面及该侧表面与其相邻的内壁相交处均设有圆角。