CN113063650B - 在20℃～-40℃温度条件下钢板扩孔试验方法 - Google Patents

在20℃～-40℃温度条件下钢板扩孔试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在20℃～‑40℃温度条件下钢板扩孔试验方法，包括如下步骤：1)、制作试验钢板；2)、加工试验钢板预制孔；3)、将上述加工好预制孔的试验钢板放置在低温槽内进行预冷，试验钢板的预冷目标温度区间为10～‑40℃；4)、对试验钢板进行对中处理，使试验钢板的预制孔与扩孔试验机的中心重合；5)、启动扩孔试验机，进行预冷和扩孔；6)、在同一温度范围进行3组有效试验。7)、设定不同的试验温度，重复上述步骤1至6进行试验，测得不同温度条件下钢板的极限扩孔率，计算出特定温度条件下的平均扩孔率。本发明为寒冷地区冬季生产模具设计及理论研究提供了基础数据支撑，另外，数据准确，操作方便等优点。

Description

在20℃～-40℃温度条件下钢板扩孔试验方法
技术领域
本发明属于钢板扩孔试验方法，尤其涉及一种屈服强度780MPa及以下强度的热轧、酸洗钢板在20℃～-40℃温度条件下钢板扩孔试验方法。
背景技术
钢板的扩孔性能在汽车底盘零件制造中至关重要。由于我国地域辽阔，特别是冬季，北方地区温度很低，钢板在室外存放的温度远低于实验室指定的常温(20℃)，由于生产节奏影响，有时钢板从露天仓库装运到加工车间没有更长的时间让钢板升温就直接使用，多次发现钢板在加工的瞬间就直接破裂。这样的低温环境下钢材的扩孔性能就会打折扣。而国家标准GB/T 20887.2-2010中扩孔性能指标都是常温条件下的标准。所有扩孔试验机也都是只能做常温条件下的扩孔性能检测，所有企业目前也只能做常温扩孔性能检测。
现实情况是，在北方寒冷地区，冬季钢板温度与常温(20℃)差距较大，因季节不同、环境不同，钢板使用时的温度也不同。在实际应用中环境温度将影响钢材使用性能。本发明原理是通过制冷系统将试验模具、试验钢板冷却到目标温度，再进行低温扩孔，检测钢板在不同低温条件下的扩孔性能。
为了测定不同低温条件下的钢板扩孔性能，曾经采取将钢板在冲击功用的低温槽中冷却到-10℃～-40℃后，将钢板取出套上保鲜膜进行保温后扩孔，但有3个问题，首选保鲜膜改变了钢板表面的状态；第2，模具是常温，冷却后的钢板放在模具上受到模具及环境传热，升温很快，温度不好控制，很难保证目标温度条件下扩孔试验；第3扩孔试验过程中模具与钢的接触变形过程产生热量也提高试样钢板的温度，没办法进行温度补偿。为了解决这个问题，采用带有冷却装置、测温装置的扩孔模具和整套制冷系统的试验装置，实现了不同温度条件下的钢板扩孔性能的测定。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种实现了不同温度条件下(20℃～-40℃)钢板扩孔性能的测定方法。
本发明是这样实现的，一种在20℃～-40℃温度条件下钢板扩孔试验方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)制作试验钢板：试验钢板适用屈服强度780MPa以下，厚度为1.0～3.5mm的钢板；
2)加工试验钢板预制孔；
3)将上述加工好预制孔的试验钢板放置在低温槽内进行预冷，验钢板的预冷目标温度区间为10～-40℃，试验间隔取值温度5～10℃；同时开启带有冷却装置的扩孔试验机对试验钢板支撑环境预冷，同时调整冷却装置的温控系统，并设定试验温度目标，目标温度与低温槽设置一致，温度区间10～-40℃，试验温度间隔取5～10℃；
4)当扩孔试验机达到设定温度时，将在低温槽内预冷达到目标温度的试验钢板放置在上述扩孔试验机的支撑构件上，并进行对试验钢板进行对中处理，使试验钢板的预制孔与扩孔试验机的中心重合；
5)启动扩孔试验机，将扩孔试验机的环形凹模下降并压紧试验钢板上，由于环形凹模没有冷却装置，试验钢板的表面温度会暂时升高，此时依靠扩孔试验机的制冷装置将试验钢板及环形凹模进行同时降温处理；此时环形凹模停止下降，并且与试验钢板紧密贴；当位于试验钢板支撑构件内的温度检测装置检测温度达到了预先设定的温度时，就认为试验钢板达到了试验的目标温度，此时在此开启扩孔试验机进行扩孔试验；扩孔试验后测得的该试验钢板的扩孔率为该温度条件下样品的极限扩孔率；
6)在同一温度范围进行3组有效试验，然后取3组试验的极限扩孔率的平均值作为试验钢板在该温度条件下的极限扩孔率。
7)设定不同的试验温度，重复上述步骤1至6进行试验，测得不同温度条件下钢板的极限扩孔率，计算出平均扩孔率。
在上述技术方案中，优选的，所述扩孔试验温度间隔取5～10℃包括扩孔试验机，扩孔锥形凸模，上模座以及安装在上模座下边的环形凹模；水平的试验机工作台：其特征在于：扩孔试验机的试验机工作台上表面固定安装有支撑台，所述支撑台的中心设有与试验机工作台中心同心的中心孔，在支撑台的上表面安装有可拆卸的试验用钢板放置装置，所述试验钢板放置装置的外边缘设有向上的翻边；所述试验钢板放置装置内安装有测温元件；所述试验钢板放置装置的中心设有与支撑台中心同心的锥形凸模穿装孔；在支撑台的中心孔内竖直安装有油缸，所述油缸的活塞杆连接锥形凸模；在上述的支撑台的外表面盘绕有冷却铜管，所述冷却铜管连接制冷机组；在冷却铜管的外侧套装有保温保护罩。
在上述技术方案中，优选的，所述支撑台与试验机工作台之间设有隔热垫层。
在上述技术方案中，优选的，所述试验钢板放置装置的外边缘的翻边上对称设有一组豁口。
本发明具有的优点和技术效果：本发明解决了不同温度条件下(20℃～-40℃)范围内钢板扩孔性能检测。为寒冷地区冬季生产模具设计及理论研究提供了基础数据支撑，另外，还具有数据准确，操作方便等优点。
附图说明
图1是本发明控制原理图；
图2是本发明扩孔试验机结构示意图；
图3是支撑台安装结构示意图；
图4是试验钢板放置装置。
图中、1、扩孔试验机；1-1、试验机工作台；2、扩孔锥形凸模；3、上模座；4、环形凹模；5、支撑台；6、试验钢板放置装置；6-1、翻边；7、测温元件；8、油缸；9、冷却铜管；10、保温保护罩；11、隔热垫层；12、低温槽。
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，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，在20℃～-40℃温度条件下自由选定测定屈服强度780MPa以下的钢板扩孔试验方法，包括如下步骤：
1)制作试验钢板：试验钢板选用屈服强度780MPa以下，厚度为1.0～3.5mm的钢板；
2)加工试验钢板预制孔；
3)将上述加工好预制孔的试验钢板放置在低温槽12内进行预冷，试验钢板的预冷目标温度区间为10～-40℃，试验温度间隔取5～10℃；同时开启带有冷却装置的扩孔试验机对试验钢板支撑环境预冷，同时调整冷却装置的温控系统，并设定试验温度目标温度区间10～-40℃，试验温度间隔取5～10℃；调整冷却装置属于已知技术，即由压缩机、蒸发器、冷凝器、干燥过滤器、毛细管以及温控系统等组成；
4)当扩孔试验机达到设定温度时，将在低温槽内预冷达到目标温度的试验钢板放置在上述扩孔试验机的支撑构件上，并进行对试验钢板进行对中处理，使试验钢板的预制孔与扩孔试验机的中心重合；
5)启动扩孔试验机，将扩孔试验机的环形凹模下降并压紧试验钢板上，由于环形凹模没有冷却装置，试验钢板的表面温度会暂时升高，此时依靠扩孔试验机的制冷装置将试验钢板及环形凹模进行同时降温处理；此时环形凹模停止下降，并且与试验钢板紧密贴；当位于试验钢板支撑构件内的温度检测装置检测温度达到了预先设定的温度时，就认为试验钢板达到了试验的目标温度，此时在此开启扩孔试验机进行扩孔试验；扩孔试验后测得的该试验钢板的扩孔率为该温度条件下样品的极限扩孔率；
6)在同一温度范围进行多组试验，一般设置3组，然后取3组试验的极限扩孔率的平均值作为试验钢板在该温度条件下的平均扩孔率。
7)设定不同的试验温度，重复上述步骤1至6进行试验，测得不同温度条件下钢板的极限扩孔率，计算出平均扩孔率。
请参阅图2至图4，上述的扩孔试验机，包括扩孔试验机1，扩孔锥形凸模2，上模座3以及安装在上模座下边的环形凹模4；扩孔试验机的试验机工作台1-1上表面固定安装有支撑台5，所述支撑台的中心设有与试验机工作台中心同心的中心孔，在支撑台的上表面安装有可拆卸的试验用钢板放置装置6，所述试验钢板放置装置的外边缘设有向上的翻边6-1；所述试验钢板放置装置内安装有测温元件7，测温元件用于检测试验钢板放置装置的温度，使用铂电阻Pt100 a级，可以检测到温度微小变化，(该型号电阻测量温度范围-200℃-420℃)；所述试验钢板放置装置的中心设有与支撑台中心同心的锥形凸模穿装孔；在支撑台的中心孔内竖直安装有油缸8(但不限于油缸)，油缸8只有扩孔时才工作，所述油缸的活塞杆连接锥形凸模2；在上述的支撑台的外表面盘绕有冷却铜管9，所述冷却铜管连接制冷机组，制冷机组属于已知技术，主要通过压缩机、冷凝器、温度控系统、蒸发器、毛细管等组成，可以实现温度在10～-40℃范围内的温度调节以及控制；在冷却铜管的外侧套装有保温保护罩10，在保温保护罩与冷却铜管之间加聚氨酯泡沫塑料保温材料。保温材料及保护罩的目的一方面在于减少冷却铜管向外界散热，提高制冷效果，另一方面还具有保护冷却铜管不受外界环境意外事故产生磕碰、挤压而发生变形、破损，导致冷却剂泄漏的目的。
在上述技术方案中，优选的，所述支撑台与试验机工作台之间设有隔热垫层11。减少热量向外界的传递，提高制冷效果。
在上述技术方案中，优选的，所述试验钢板放置装置的外边缘的翻边上对称设有一组豁口。目的是在试验过程总观察试样的状态，是否滑脱等。
具体试验时设定需要检测的试验温度，从高温向低温逐步过渡进行不同温度条件下测试。先以10℃为间隔，从常温(20℃)、10℃、0℃、-10℃、-20℃、-30℃、-40℃。根据实验数据有可能在可能出现性能拐点进行5℃温度间隔性能检测，比如插入一个实验点-25℃。这样需要的试样数量最少。是否插入5℃间隔点看实验精度需要再决定。
依2.5mm厚度酸洗后某钢种在不同温度条件下有效实验数据，如下表。
Figure BDA0002978195920000061
通过上述表格可以看出：随着扩孔试验温度的下降，扩孔率下降比较明显，说明扩孔性能降低了。
综上所述，本发明解决了不同温度条件下(20℃～-40℃)范围内钢板扩孔性能检测。为寒冷地区冬季生产模具设计及理论研究提供了基础数据支撑，另外，还具有结构简单，数据准确，操作方便等优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种在20℃～-40℃温度条件下钢板扩孔试验方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)制作试验钢板：试验钢板适用屈服强度780MPa以下，厚度为1.0～3.5mm的钢板；
2)加工试验钢板预制孔；
3)将上述加工好预制孔的试验钢板放置在低温槽内进行预冷，试验钢板的预冷目标温度区间为10～-40℃，试验温度间隔取5～10℃；同时开启带有冷却装置的扩孔试验机对试验钢板支撑环境预冷，同时调整冷却装置的温控系统，并设定试验温度，目标温度与低温槽设置一致，温度区间10～-40℃，试验温度间隔取5～10℃；
所述扩孔试验机包括扩孔试验机，扩孔锥形凸模，上模座以及安装在上模座下边的环形凸模；水平的试验机工作台：其特征在于：扩孔试验机的试验机工作台上表面固定安装有支撑台，所述支撑台的中心设有与试验机工作台中心同心的中心孔，在支撑台的上表面安装有可拆卸的试验用钢板放置装置，所述试验钢板放置装置的外边缘设有向上的翻边；所述试验钢板放置装置内安装有测温元件，所述测温件使用铂电阻Pt100 a级，可以检测到温度微小变化，铂电阻测量温度范围-200℃-420℃；所述试验钢板放置装置的中心设有与支撑台中心同心的锥形凸模穿装孔；在支撑台的中心孔内竖直安装有油缸，所述油缸的活塞杆连接锥形凸模；在上述的支撑台的外表面盘绕有冷却铜管，所述冷却铜管连接制冷机组；在冷却铜管的外侧套装有保温保护罩；在保温保护罩与冷却铜管之间设有保温材料，
所述支撑台与试验机工作台之间设有隔热垫层；所述试验钢板放置装置的外边缘的翻边上对称设有一组豁口；
4)当扩孔试验机达到设定温度时，将在低温槽内预冷达到目标温度的试验钢板放置在上述扩孔试验机的支撑构件上，并进行对试验钢板进行对中处理，使试验钢板的预制孔与扩孔试验机的中心重合；
5)启动扩孔试验机，将扩孔试验机的环形凹模下降并压紧试验钢板上，由于环形凹模没有冷却装置，试验钢板的表面温度会暂时升高，此时依靠扩孔试验机的制冷装置将试验钢板及环形凹模进行同时降温处理；此时环形凹模停止下降，并且与试验钢板紧密贴；当位于试验钢板支撑构件内的温度检测装置检测温度达到了预先设定的温度时，就认为试验钢板达到了试验的目标温度，此时再开启扩孔试验机进行扩孔试验；扩孔试验后测得的该试验钢板的扩孔率为该温度条件下试验钢板的极限扩孔率；
6)在同一温度范围进行3组有效试验，然后取3组试验的极限扩孔率的平均值作为试验钢板在该温度条件下的平均扩孔率；
7)设定不同的试验温度，重复上述步骤1至6进行试验，测得不同温度条件下钢板的极限扩孔率，计算出该温度条件下平均扩孔率。
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