CN106053259A - 一种薄板高温成形极限试验装置 - Google Patents

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Abstract

一种薄板高温成形极限试验装置，包括：压板组件、凹模组件、凸模组件、导向支撑组件、加热组件和密封组件，所述压板组件设置于上下两侧，所述密封组件设置于所述压板组件和导向支撑组件上，所述凹模组件设置于所述密封组件内，所述凸模组件设置于所述压板组件上，所述加热组件设置于所述凹模组件和凸模组件中。本发明的优点在于，提供了一种薄板高温成形极限试验装置，用于测定薄板在不同温度不同应变速率下的成形极限图；采用模具内置加热棒的形式，使试验装置结构紧凑；采用热电偶—继电器控制回路，可实现精确变温试验；采用密闭环境同氮气的方式，实现了易氧化金属的高温成形试验；内置加热装置的形式不会破坏模具外表面。

Description

一种薄板高温成形极限试验装置
技术领域
本发明属于金属塑性成形工艺与装备技术领域，提供了一种薄板高温成形极限试验装置，用于测定薄板在高温下的成形极限图。
技术背景
在冲压成形领域，板料的成形极限图是评定薄板深冲成形性能的一种重要图形，它能直观、清楚地表明薄板在冲压过程中的变形情况。同时，板材的成形极限图对于推动板材性能、成形理论、成形工艺和质量控制的协调发展也起到了重要作用。
目前，薄板在室温下的成形极限试验装置已经有了成熟的发展。但在高温环境下，因加热装置的复杂性，以及板料严重氧化带来的测量偏差，为薄板高温下的成形极限试验带来困难。本发明提供的试验装置，不仅结构紧凑、使用方便，而且为高温下的成形极限试验提供氮气环境，避免严重氧化反应的发生。该装置试验精度高，为板料在不同温度、不同应变速率下的成形极限测定提供了可靠途径。
发明内容
本发明提供了一种薄板高温成形极限试验装置，用于测定薄板在高温下的成形极限图。
本发明采用以下技术方案：
一种薄板高温成形极限试验装置，包括：压板组件、凹模组件、凸模组件、导向支撑组件、加热组件和密封组件，所述压板组件设置于上下两侧，所述密封组件设置于所述压板组件和导向支撑组件上，所述凹模组件设置于所述密封组件内，所述凸模组件设置于所述压板组件上，所述加热组件设置于所述凹模组件和凸模组件中。
进一步的，所述压板组件包括：上压板，下压板，所述凹模组件包括：上凹模与下凹模，所述凸模组件包括：凸模、压力传感器和支柱，所述导向支撑组件包括：第一导柱、第二导柱、氮气弹簧和支撑板，所述加热组件包括：环形加热棒、热电偶和线性加热棒，所述密封组件包括：上密封圈和下密封圈。
进一步的，所述上压板与下压板分别设置在上下两侧，所述上压板四角各设置一第一导柱分别与下压板四个角连接。
进一步的，所述上凹模设置于所述上压板底面中部，所述上密封圈设置于上压板底面边缘处。
进一步的，多个所述第二导柱、氮气弹簧设置于所述下压板顶面，多个所述第二导柱与氮气弹簧以下压板中心为圆心，交错间隔45°排列。
进一步的，所述支撑板设置于所述第二导柱与氮气弹簧顶部，所述下凹模设置于所述支撑板顶面中部，所述下密封圈设置于所述支撑板顶面边缘处。
进一步的，所述上凹模和下凹模均设有夹层，所述环形加热棒设置于所述夹层内，所述上凹模、下凹模和支撑板中部均设有圆形通孔。
进一步的，所述支柱设置于所下压板顶面中部，所述支柱与所述下压板之间设有所述压力传感器。
进一步的，所述凸模设置于所述支柱顶部，所述凸模形状为半球形，所述凸模内中心设置所述热电偶，所述凸模内以热电偶为中心间隔90°还设有多个线形加热棒。
进一步的，所述支柱内设有开槽，所述热电偶和线形加热棒的引出线路通过开槽导出到外面。
本发明的优点在于：
1）提供了一种薄板高温成形极限试验装置，用于测定薄板在不同温度不同应变速率下的成形极限图；
2）采用模具内置加热棒的形式，使试验装置结构紧凑；
3）采用热电偶—继电器控制回路，可实现精确变温试验；
4）采用密闭环境同氮气的方式，实现了易氧化金属的高温成形试验；
5）内置加热装置的形式不会破坏模具外表面，保证了试验过程中板料表面的良好精度；
6）试验装置加工制造成本低，试验可重复精度高。
附图说明
图1为薄板高温成形极限试验装置；
图2为环形加热棒在凹模中的布置图；
图3为模具温度控制回路图；
图4为第二导柱与氮气弹簧的布置图；
图5为上密封圈炉门结构；
图6为凸模内加热棒、热电偶引出线结构。
图中：
1.上压板，2.上凹模，3.环形加热棒，4.上密封圈，5.薄板，6.下密封圈，7.下凹模，8.凸模，9.热电偶， 10.线形加热棒，11.支撑板，12.支柱，13.氮气弹簧，14.第二导柱，15.第一导柱，16.压力传感器，17.下压板，18.引出线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
如图1所示，一种薄板高温成形极限试验装置，包括：压板组件、凹模组件、凸模组件、导向支撑组件、加热组件和密封组件，所述压板组件设置于上下两侧，所述密封组件设置于所述压板组件和导向支撑组件上，所述凹模组件设置于所述密封组件内，所述凸模组件设置于所述压板组件上，所述加热组件设置于所述凹模组件和凸模组件中。
所述压板组件包括：上压板1，下压板17，所述凹模组件包括：上凹模2与下凹模7，所述凸模组件包括：凸模8、压力传感器16和支柱12，所述导向支撑组件包括：第一导柱15、第二导柱14、氮气弹簧13和支撑板11，所述加热组件包括：环形加热棒3、热电偶9和线性加热棒10，所述密封组件包括：上密封圈4和下密封圈6。
所述上压板1与下压板17分别设置在上下两侧，所述上压板1四角各设置一第一导柱15分别与下压板17四个角连接，所述上凹模2设置于所述上压板1底面中部，所述上密封圈4设置于上压板1底面边缘处，多个所述第二导柱14、氮气弹簧13设置于所述下压板17顶面，多个所述第二导柱14与氮气弹簧13以下压板17中心为圆心，交错间隔45°排列，所述支撑板11设置于所述第二导柱14与氮气弹簧13顶部，所述下凹模7设置于所述支撑板11顶面中部，所述下密封圈6设置于所述支撑板11顶面边缘处，所述上凹模2和下凹模7均设有夹层，所述环形加热棒3设置于所述夹层内，所述上凹模2、下凹模7和支撑板11中部均设有圆形通孔，其大小可使凸模8通过，所述支柱12设置于所下压板17顶面中部，所述支柱12与所述下压板17之间设有所述压力传感器16，所述凸模8设置于所述支柱12顶部，所述凸模8形状为半球形，所述凸模8内中心设置所述热电偶9，所述凸模8内以热电偶9为中心间隔90°还设有多个线形加热棒10，所述支柱12内设有开槽，所述热电偶9和线形加热棒10的引出线18路通过开槽导出到外面。
本发明提供了一种薄板高温成形极限试验装置，用于测定薄板在高温下的成形极限图。
薄板高温成形极限试验装置如图1所示。试验装置采用倒装冲压模具的结构。压力机作用于上压板1和下压板17。板料5放置在下凹模7上，上凹模2和下凹模7将板料压紧后带动板料5向凸模8运动。板料5在这一过程中逐渐成形，直至破裂。压力传感器16检测到压力突变时，即为薄板5破裂的发生，冲压运动应立即停止。凸模形状为半球形，直径100mm。上凹模2、下凹模7外径200mm，内径106mm。该装置可用于0.1~3mm厚的薄板的高温成形极限试验。
设计高温成形极限试验的温度范围为50-800℃。单个环形加热棒3的功率为1KW，上凹模2、下凹模7各使用3根对其独立加热。线形加热棒10功率0.5KW，凸模8使用6根线形加热棒对其加热。热电偶、继电器、加热棒构成闭环控制回路对上凹模2、下凹模7、凸模8分别进行温度控制，以保证三者温度统一，均等于薄板高温成形温度。上凹模2、下凹模7、凸模8的制造材料可采用高温合金或耐热钢0Cr25Ni20，以保证模具在高温环境下仍具有较高的强度。
板料5先在氮气气氛炉内加热至成形温度，后转移至试验装置内，放置于下凹模7上。上凹模2、下凹模7、凸模8均采用内置加热元件的方式加热，环形加热棒在凹模中的布置方式如图2所示。模具的加热温度同板料成形温度。在模具中加工用于埋放热电偶的安装孔，如热电偶9通过螺纹连接固定在凸模8中。模具温度的控制方式如图3所示，热电偶将检测到的温度信号转换为低电压信号传输给继电器，继电器根据设定的温度控制加热棒电流的通断，从而实现模具温度的控制。
下凹模7向下运动的导向由第二导柱14提供，上凹模2与下凹模7对板料5的夹紧力由氮气弹簧13提供，第二导柱14与氮气弹簧13的布置图如图4所示。氮气弹簧13是一种以高压氮气为工作介质的弹性组件，它体积小、弹力大、行程长、工作精密，其弹力曲线平缓，为成形极限试验提供精准可控的压边力。本专利采用4个2.5KN的氮气弹簧，根据试验材料的不同对弹簧数量进行加减，可提供0、5、10KN三个档次的压边力。上凹模2与下凹模7加工有拉延筋，以保证在成形极限试验中位于压边区域的板料不被拉入凹模内孔。
通过改变压力机冲头的下压速度来改变试验过程中薄板5的应变速率，压力机需提供0.01~10s-1的应变速率，以保证试验的可靠进行。
成形试验采用氮气气氛保护，上密封圈4和下密封圈6将试验模具和板料5密封。上密封圈4通过螺栓和上压板1连接，下密封圈6通过螺栓和支撑板11连接。上密封圈4设有炉门结构，如图5所示。该结构可保证板料的顺利进出，同时为氮气气氛提供密闭环境。上密封圈开有氮气导入孔，氮气由该孔源源不断的通入。
整个成形装置处于高温环境下，为保证较高的加热效率，加热元件（如上凹模2、下凹模7、凸模8）与非加热元件（如上压板1、支撑板11、支柱12）间应充分绝热。为保证模具的顺利运动，第一导柱15、第二导柱14同上压板1、下压板17的连接，采用导热系数低的材料，以尽量减第二导柱受热。同时，导柱与导套的运动间隙相比于冷成形稍有扩大，以抵消热膨胀造成的影响。氮气弹簧13、第二导柱14、第一导柱15采用远离冲压中心线的方式布置，以减小高温模具对三者的热影响。
压力传感器16用于测量成形极限试验中薄板所受冲压力的变化。试验过程中，用压力数值的突变来判断薄板的破裂位置。为保证试验的准确性，需采用采样频率10Hz以上的压力传感器，以保证在薄板破裂发生时模具及时停止运动。
为保证环形加热棒3、线形加热棒10、热电偶9的顺利工作，热电偶与加热棒的导线应有合适的渠道引出。如图6所示，凸模中的线形加热棒10、热电偶9的引出线18通过支柱9中加工的引出孔引出。为避免高温模具对引出线18造成损坏，引出线采用陶瓷管、石棉管两层保护。

Claims (10)

1.一种薄板高温成形极限试验装置，其特征在于，包括：压板组件、凹模组件、凸模组件、导向支撑组件、加热组件和密封组件，所述压板组件设置于上下两侧，所述密封组件设置于所述压板组件和导向支撑组件上，所述凹模组件设置于所述密封组件内，所述凸模组件设置于所述压板组件上，所述加热组件设置于所述凹模组件和凸模组件中。
2.根据权利要求1所述的薄板高温成形极限试验装置，其特征在于，所述压板组件包括：上压板，下压板，所述凹模组件包括：上凹模与下凹模，所述凸模组件包括：凸模、压力传感器和支柱，所述导向支撑组件包括：第一导柱、第二导柱、氮气弹簧和支撑板，所述加热组件包括：环形加热棒、热电偶和线性加热棒，所述密封组件包括：上密封圈和下密封圈。
3.根据权利要求2所述的薄板高温成形极限试验装置，其特征在于，所述上压板与下压板分别设置在上下两侧，所述上压板四角各设置一第一导柱分别与下压板四个角连接。
4.根据权利要求2所述的薄板高温成形极限试验装置，其特征在于，所述上凹模设置于所述上压板底面中部，所述上密封圈设置于上压板底面边缘处。
5.根据权利要求2所述的薄板高温成形极限试验装置，其特征在于，多个所述第二导柱、氮气弹簧设置于所述下压板顶面，多个所述第二导柱与氮气弹簧以下压板中心为圆心，交错间隔45°排列。
6.根据权利要求2所述的薄板高温成形极限试验装置，其特征在于，所述支撑板设置于所述第二导柱与氮气弹簧顶部，所述下凹模设置于所述支撑板顶面中部，所述下密封圈设置于所述支撑板顶面边缘处。
7.根据权利要求2所述的薄板高温成形极限试验装置，其特征在于，所述上凹模和下凹模均设有夹层，所述环形加热棒设置于所述夹层内，所述上凹模、下凹模和支撑板中部均设有圆形通孔。
8.根据权利要求2所述的薄板高温成形极限试验装置，其特征在于，所述支柱设置于所下压板顶面中部，所述支柱与所述下压板之间设有所述压力传感器。
9.根据权利要求2所述的薄板高温成形极限试验装置，其特征在于，所述凸模设置于所述支柱顶部，所述凸模形状为半球形，所述凸模内中心设置所述热电偶，所述凸模内以热电偶为中心间隔90°还设有多个线形加热棒。
10.根据权利要求2所述的薄板高温成形极限试验装置，其特征在于，所述支柱内设有开槽，所述热电偶和线形加热棒的引出线路通过开槽导出到外面。
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