CN201780237U - 一种板材成形极限的测试模具 - Google Patents

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陈新平
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Abstract

本实用新型提供了一种板材成形极限的测试模具，包括凹模、压边模和凸模，所述凹模、所述压边模和所述凸模内部均设置有用于加热的加热部件以及用于测温的温度传感器，所述加热部件和所述温度传感器通过电缆连接至温控器上。根据本实用新型的板材成形极限的测试模具，能够模拟实际冲压过程中的温度状态，可以完成板材在一定温度范围内的等温或者差温成形极限测试，能够独立地对模具的凹模、凸模和压边圈进行加热，独立控制模具各部分的温度，从而获得较佳的成形极限图，而且操作简单易行。

Description

一种板材成形极限的测试模具
技术领域
本实用新型涉及一种板材成形极限的测试模具，尤其涉及一种在常温或者差温加热状态下测试板材成形极限的模具。
背景技术
成形极限是板材塑性成形中一个十分重要的性能指标和工艺参数，它反映了在冲压成形过程中，板材在拉伸失稳前所能达到最大变形程度，是冲压工艺与模具设计的主要依据之一，其中成形极限图(Forming limit Diagram，FLD)是一项非常重要和广泛应用的板材成形极限判断依据，特别是跟有限元数值模拟技术进行结合，具有准确、快捷和直观的特点，因此许多商业有限元软件均将成形极限图作为冲压工艺和模具设计时预测破裂极限的主要依据。而获得准确的材料成形极限图，是确保分析结果准确可信的重要前提，准确的成形极限图需要通过试验获得。
汽车板冲压成形由于变形的复杂性及影响因素的多样性，一直是薄板冲压成形领域的重点和难点。随着汽车工业规模化效应的发展，汽车板冲压成形的快速化生产和精益化控制显得日益重要。实现汽车板快速化生产的一条重要途径是引进了快速冲压生产线。由于现场生产中零件冲压是大批量、连续化的作业方式，冲压速度的提升导致温升效应对成形性能的影响日趋明显。
但是当前评估板材成形极限的重要指标FLD的获取还局限于常温状态，难以准确反映汽车覆盖件实际冲压状态的成形极限。如汽车覆盖件连续快速冲压成形过程，外力对钢板变形所作的功绝大部分(75％～90％)消耗于塑性变形并转化为热能，而且由于钢板与模具间反复的接触摩擦，导致随着冲压的进行，模具的温度会逐渐升高。温度的升高会改变钢板与模具之间的界面特性，以及钢板的力学性能，从而使钢板表现出不同的成形极限。如果在分析快速冲压状态下的冲压工艺和模具设计时采用常温状态的FLD，会造成较大的分析误差。因此，为了对汽车板连续快速冲压成形的安全裕度及成形极限进行准确分析，需要等温及差温环境下的成形极限图测试模具，获取相应温度状态下的成形极限图。
经对现有国内外专利技术文献检索发现：
中国专利授权公告号为CN2676182Y，发明名称为：一种成形极限试验用模具，该实用新型专利涉及一种成形极限试验用模具，所述模具主要由凹模、压边圈、刚性球形凸模及推动所述凸模的活塞构成，凹模的压边筋为分段式的圆弧形，可以适用于弧形或矩形试样的成形极限试验。但没有加热装置，只能进行常温装态下钢板的成形极限试验。
中国专利授权公告号为CN2702311Y，发明名称为：差厚激光拼焊板成形极限图测试模具，该实用新型专利涉及一种差厚激光拼焊板成形极限图测试模具，可以获得差厚激光拼焊板的成形极限图。但没有加热装置，只能进行常温装态下拼焊钢板的成形极限试验。
综上所述，国内目前还没有等温或者差温加热状态下测试板材成形极限的模具。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能够模拟实际冲压过程中的温度状态，可以完成板材在一定温度范围内的等温或者差温成形极限测试，能够独立地对模具的凹模、凸模和压边圈进行加热，独立控制模具温度，从而获得较佳的成形极限图，而且操作简单易行的板材成形极限的测试模具。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种板材成形极限的测试模具，包括凹模、压边模和凸模，所述凹模、所述压边模和所述凸模内部均设置有用于加热的加热部件以及用于测温的温度传感器，所述加热部件和所述温度传感器通过电缆连接至温控器上。
优选地，所述凸模包括一半球形的端部和一柱形的模体，所述模体上轴线位置和平行于轴线位置设置有延伸至所述端部的盲孔，所述加热部件和所述温度传感器分别设置于所述盲孔内。
优选地，所述平行于轴线位置的盲孔为多个且围绕所述模体的轴线均匀设置；所述加热部件为棒形加热管，所述棒形加热管插设在平行于轴线位置的盲孔内；所述温度传感器设置于轴线位置的盲孔内。
优选地，所述棒形加热管为四根，所述平行于轴线位置的盲孔对应为四个。
优选地，所述模体端部还螺纹连接有一用于隔热的过渡块。
优选地，所述压边模为环形，所述压边模具有与待压紧的板材相接触的模面和与所述模面相对应的外表面，所述外表面上沿周向凹设有环形加热槽，所述压边模上的加热部件嵌设于所述环形加热槽内；所述压边模的周缘面上沿径向设置有一盲孔，所述压边模上的温度传感器设置在所述盲孔内。
优选地，所述凹模为环形，所述凹模具有与待压紧的板材相接触的模面和与所述模面相对应的外表面，所述外表面上沿周向也凹设有环形加热槽，所述凹模上的加热部件嵌设在所述环形加热槽内；所述凹模的周缘面上沿径向也设置有一盲孔，所述凹模上的温度传感器设置在所述盲孔内。
优选地，所述压边模上的加热部件和/或所述凹模上的加热部件为环形加热圈。
优选地，所述温度传感器为热电偶。
优选地，所述压边模和所述凹模与模面相对应的外表面沿轴向均匀设置有多个隔热柱孔，所述隔热柱孔内设置有隔热支撑杆。
根据本实用新型的板材成形极限的测试模具的有益效果在于：
1、本实用新型的测试模具包括凸模、凹模和压边模三大部分，可以单独进行加热和温度控制，而且简单易行；
2、本实用新型的测试模具加热温度为常温～150℃，温控精度±2℃，实现了实际冲压生产中温度状态的模拟功能；
3、凸模、凹模和压边模的加热布局和结构设计合理，均具有良好的加热均匀性，并与机床工作台保持良好的隔热性；
4、通过设置凸模、凹模和压边模的加热温度进行试验，可以获得等温加热状态下板材的成形极限图；
5、通过分别设置胀形凸模、凹模和压边圈的加热温度进行试验，可以获得差温加热状态下板材的成形极限图。
附图说明
图1为本实用新型的板材成形极限的测试模具的剖视图；
图2为本实用新型的板材成形极限的测试模具的凸模的结构示意图；
图3为本实用新型的板材成形极限的测试模具的凸模的剖视图；
图4为本实用新型的板材成形极限的测试模具的压边模的结构示意图；
图5为本实用新型的板材成形极限的测试模具的凹模的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。
如图1所示，根据本实用新型的板材成形极限的测试模具，包括凹模7、压边模4和凸模12，凹模7、压边模4和凸模12内部都设置有加热部件和温度传感器，加热部件用于分别对模具的各个部分进行加热，温度传感器用于实现温度的实时测量和反馈。每个模具中分别单独设置加热部件和温度传感器，从而实现了单独的加热和温度控制。加热部件和温度传感器通过电缆连接至温控器1上，加热温度为常温～150℃，温控精度±2℃，实现了对实际冲压生产中温度状态的模拟。通过对凹模7、压边模4和凸模12设置相同的加热温度进行试验，可以获得等温加热状态下板材的成形极限图；通过分别设置凹模7、压边模4和凸模12的加热温度进行试验，可以获得差温加热状态下板材的成形极限图。
如图1至图3所示，凸模12由一个半球形的端部和一个柱形的模体15组成，模体15上沿轴线位置设置有延伸至所述端部的盲孔11，加热部件设置在这个盲孔11内；模体15上沿平行于轴线位置也设置有延伸至所述端部的盲孔13，温度传感器设置在这个盲孔13内。在本实施例中，盲孔11为多个且围绕模体15的轴线均匀设置；加热部件采用的是棒形加热管，棒形加热管插设在平行于轴线位置的盲孔11内。棒形加热管为四根，平行于轴线位置的盲孔11对应为四个。安装时凸模12安装于试验压力机的主滑块上，模体端部还螺纹连接有一用于隔热的过渡块2，通过过渡块2与主滑块接触，起到凸模12的隔热功能。并且凸模12底部设有走线槽16，棒形加热管11以及温度传感器(在本实施例中为热电偶)的电缆可从走线槽16穿出，连接至温控器1上。
如图1和图4所示，压边模4为环形，所述压边模具有与待压紧的板材10相接触的模面和与所述模面相对应的外表面，外表面沿周向凹设有环形加热槽14，压边模4上的加热部件嵌设于环形加热槽14内；压边模4的周缘面上沿径向设置有一盲孔5，压边模上的温度传感器设置在盲孔5内。在本实施例中，压边模4上的加热部件为环形加热圈，用于对压边模4进行均匀的加热。安装时，压边模4安装在试验压力机的压边滑块的垫板上，压边模4的下端设有隔热柱孔3，隔热柱孔3均匀地设置在压边模4与模面相对应的外表面上，压边模4通过隔热柱孔3与压边滑块的垫板相接触，既实现了与工作台间的支持，又减少了接触面积，保证了隔热效果。
如图1和图5所示，凹模7为环形，凹模7具有与待压紧的板材10相接触的模面和与所述模面相对应的外表面，所述外表面沿周向也凹设有环形加热槽9，凹模上的加热部件嵌设在环形加热槽9内；凹模7的周缘面上沿径向也设置有一盲孔6，凹模7上的温度传感器设置在盲孔6内。在本实施例中，凹模7上的加热部件为环形加热圈，用于对凹模7进行均匀的加热。安装时，凹模7安装于试验压力机的上横梁垫板上，凹模7的上端设有隔热柱孔8，隔热柱孔8均匀地设置在凹模7的外表面上，凹模7通过隔热柱孔8与上横梁垫板相接触，既实现了与工作台间的支持，又减少了接触面积，保证了隔热效果。
作为对本实用新型的改进，模具中的温度传感器为热电偶，当然，也可以采用其他类型的温度传感器，将温度信号转换成电信号传输给温控器，实现对温度的反馈和控制。
采用本实用新型的板材成形极限的测试模具进行板材成形极限试验时，为获得不同应变路径下的局部表面极限应变，需要采用不同宽度的试样，试样表面采用电化学腐蚀法印制直径2.5mm的相切圆形网格。下面将对采用本实用新型的板材成形极限的测试模具进行板材成形极限试验的过程作出详细的说明。
(1)安装模具。将凹模7安装于压力机上横梁的垫板上，凸模12安装于主滑块上，压边模4安装在压边滑块的垫板上。凹模7和压边模4与设备连接的位置装有凹模7支撑杆和压边模4支撑杆，通过减小接触面积来减少热量的散发。
(2)设置模具温度并进行加热。分别设定模具中的凸模12、凹模7、压边模4的温度，并加热至设定温度保温，然后启动压机准备试验。
(3)进行试验。在模具温度达到指定温度并保温均匀状态下，将室温下的试样放置在模具凹模7上，之后压边模4下移压紧试样至设定压边力，之后凸模12上移，试样进行胀形成形。当试样产生颈缩/裂纹时，凸模12加载停止，凸模12、压边模4依次退回原来位置。取下试件，一次试验结束。依次进行其余试样的试验，直至所有试样试验结束。
(4)网格测量。选取与裂纹最接近，但不包括颈缩的椭圆网格，测量椭圆长轴和短轴长度，获得主应变ε1和次应变ε2，从而获取每种试样对应的极限应变状态。
(5)绘制FLD图。将不同试样测量的极限应变状态绘制在以次应变ε2为X轴和主应变ε1为Y轴的坐标中，将数据点拟合，即可得到FLC曲线建立FLD图。
改变凸模12、凹模7和压边模4的温度，可以得到不同温度组合下的FLD。改变试验材料，可以得到不同材料、不同模具温度组合的FLD。
基于本实用新型的板材成形极限的测试模具，可以独立控制凸模、凹模和压边模的温度，准确获取贴近汽车板快速冲压下的温升状态，得到模具等温及差温加热状态下的成形极限图FLD，为汽车板快速冲压工艺分析和模具设计提供完备的试验数据，满足科研需求，并为汽车板冲压精益控制提供必要的试验数据，对于提升具有用户使用技术研究能力具有重要的现实意义，并填补国内在该领域的研究空白。
本实用新型不局限于上述特定实施例，在不背离本实用新型精神及其实质情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应改变和变形，但这些相应改变和变形都应属于本实用新型所附权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种板材成形极限的测试模具，包括凹模、压边模和凸模，其特征在于，所述凹模、所述压边模和所述凸模内部均设置有用于加热的加热部件以及用于测温的温度传感器，所述加热部件和所述温度传感器通过电缆连接至温控器上。
2.根据权利要求1所述的板材成形极限的测试模具，其特征在于，
所述凸模包括一半球形的端部和一柱形的模体，所述模体上轴线位置和平行于轴线位置设置有延伸至所述端部的盲孔，所述加热部件和所述温度传感器分别设置于所述盲孔内。
3.根据权利要求2所述的板材成形极限的测试模具，其特征在于，所述平行于轴线位置的盲孔为多个且围绕所述模体的轴线均匀设置；所述加热部件为棒形加热管，所述棒形加热管插设在平行于轴线位置的盲孔内；所述温度传感器设置于轴线位置的盲孔内。
4.根据权利要求3所述的板材成形极限的测试模具，其特征在于，所述棒形加热管为四根，所述平行于轴线位置的盲孔对应为四个。
5.根据权利要求2所述的板材成形极限的测试模具，其特征在于，所述模体的自由端还螺纹连接有一用于隔热的过渡块。
6.根据权利要求1所述的板材成形极限的测试模具，其特征在于，
所述压边模为环形，所述压边模具有与待压紧的板材相接触的模面和与所述模面相对应的外表面，所述外表面上沿周向凹设有环形加热槽，所述压边模上的加热部件嵌设于所述环形加热槽内；
所述压边模的周缘面上沿径向设置有一盲孔，所述压边模上的温度传感器设置在所述盲孔内。
7.根据权利要求1所述的板材成形极限的测试模具，其特征在于，
所述凹模为环形，所述凹模具有与待压紧的板材相接触的模面和与所述模面相对应的外表面，所述外表面上沿周向也凹设有环形加热槽，所述凹模上的加热部件嵌设在所述环形加热槽内；
所述凹模的周缘面上沿径向也设置有一盲孔，所述凹模上的温度传感器设置在所述盲孔内。
8.根据权利要求6或7所述的板材成形极限的测试模具，其特征在于，所述压边模上的加热部件和/或所述凹模上的加热部件为环形加热圈。
9.根据权利要求1至7任一项所述的板材成形极限的测试模具，其特征在于，所述温度传感器为热电偶。
10.根据权利要求1至7任一项所述的板材成形极限的测试模具，其特征在于，所述压边模和所述凹模与模面相对应的外表面沿轴向均匀设置有多个隔热柱孔，所述隔热柱孔内设置有隔热支撑杆。
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