CN202533338U - 一种高温成形极限试验装置 - Google Patents
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Abstract
一种高温成形极限试验装置，将冲头与中心为圆柱形内腔的圆盘状的上模组件和下模组件同轴安装，冲头的直径小于下模组件的圆柱形内腔的直径，上模组件的圆柱形内腔的直径大于下模组件的圆柱形内腔的直径。本实用新型的试验方法切实可行，操作简单、快捷，进行了热冲压用钢的高温FLD试验，获得了热冲压用钢在高温条件下的成形极限性能，具有重要的实用性和推广价值，所得热冲压高温FLD图是进行热冲压工艺分析的重要试验基础，可以为热冲压的数值模拟提供准确的破裂判据，对于提高热冲压工艺应用技术和科学研究能力具有重要意义，适用于各种热冲压工艺的测试研究应用领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种试样成形试验装置，尤其涉及一种热冲压工艺的测试研究领域中对试样进行高温成形极限试验的装置。
背景技术
目前，在钢铁产品的各项数据测试领域中成形极限图(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。在实验室条件下测定成形极限图时，通常采用刚性凸模对试样进行胀形的方法，将一侧表面制有网格圆的试样放置于模具与压边圈之间，利用压边力压紧拉深筋以外的试样材料，试样中部在凸模力的作用下产生变形并形成凸包，其表面上的网格圆发生畸变，当凸包上某个局部产生颈缩或者破裂时，停止试验，测量颈缩区或者破裂区附近的网格圆长轴与短轴尺寸，由此计算金属薄板允许的局部表面极限应变量。通过改变试样宽度，即可得到不同应变状态下的极限应变值，从而得到FLD图。
而近些年来，随着汽车工业对节能、轻量化以及碰撞安全性的要求不断提高，高强钢板的应用和研究已经成为汽车板成形领域的热点。高强钢板作为一种新型钢板，由于其较高的强度特性，在汽车框架和结构件的应用中有着巨大潜力。热冲压用超高强钢板是一种可淬火硼钢，其特点是：常温下抗拉强度为400MPa～600MPa，但是将其以一定速度加热到950度，完全奥氏体化后再成形，并进行模内淬火，可以得到抗拉强度达1500MPa的冲压件。由于采用热冲压工艺成形完的零件具有回弹小、精度高、零件强度高等特点，热冲压工艺为越来越多的汽车生产商所采用。
热冲压工艺要求将板材三分钟内加热到950度，等充分奥氏体化后，冷却到一定温度(一般大于600度)后进行成形，然后在模内淬火。因此，需要设计一种可以实现快速加热和高温成形，满足热冲压工艺条件的刚模胀形试验方法，以获取相应温度状态下的成形极限图，从而提高热冲压工艺数值模拟精度，同时为热冲压工艺和模具设计提供翔实可靠的试验数据。而现有技术下内尚未有满足热冲压工艺条件的高温成形极限试验装置。
实用新型内容
为了弥补现有技术下所存在的缺陷，本实用新型提供了一种高温成形极限试验装置，其具体结构如下所述：
一种高温成形极限试验装置，包括冲头，其特征在于：
所述的冲头与中心为圆柱形内腔的圆盘状的上模组件和下模组件同轴安装；
所述的冲头的直径小于下模组件的圆柱形内腔的直径；
所述的上模组件的圆柱形内腔的直径大于下模组件的圆柱形内腔的直径。
此处设计目的在于，由于冲头、上模组件和下模组件三者同轴安装，故冲头可从下模组件的圆柱形内腔内上升到上模组件的圆柱形内腔，而上模组件的圆柱形内腔的直径大于下模组件的圆柱形内腔的直径，使得下述的试样在胀形成型时，获得了成型空间。
根据本实用新型的一种高温成形极限试验装置，其特征在于，所述的上模组件包括上垫圈、上隔热板、上隔磁板、上压边圈、上模隔热阀套和上模感应线圈组成，其具体为，上垫圈、上隔热板、上隔磁板和上压边圈这四者均为中心为圆柱形内腔的圈状，上垫圈设置在上隔热板的上部，上隔磁板设置在上隔热板的下部，而上压边圈则设置在上隔磁板的下部，上垫圈、上隔热板、上隔磁板和上压边圈这四者呈相互紧贴式设置且内径相等并同轴，上模隔热阀套则套在上隔磁板的圈体外侧，而上模感应线圈则再套在上模隔热阀套的外圈上。
根据本实用新型的一种高温成形极限试验装置，其特征在于，所述的下模组件包括下压边圈、下隔磁板、下隔热板、下垫板、下模隔热阀套和下模感应线圈，其具体为，下压边圈、下隔磁板、下隔热板和下垫板这四者均为中心为圆柱形内腔的圈状，下压边圈设置在下隔磁板的上部，下隔热板设置在下隔磁板的下部，而下垫板则设置在下隔热板的下部，下压边圈、下隔磁板、下隔热板和下垫板这四者呈相互紧贴式设置且内径相等并同轴，下模隔热阀套则套在下隔磁板的圈体外侧，而下模感应线圈则再套在下模隔热阀套的外圈上。
此处设计目的在于，使用时，先将上模组件和下模组件分离，接着将试样置于上模组件的上压边圈与下模组件的下压边圈之间，再将上模组件和上模组件上下结合，将试样紧压，然后通过感应线圈对上模组、下模组件和冲头的球头部分进行加热，在3分钟内试样加热到950℃，并且保温，防止氧化，而冲头、上模组件和下模组件可分别控温，范围为850℃，温控精度±10℃。接着冲头从下模组件的圆柱形内腔向上，将试样压紧至设定压边力，进行胀形成型，当试样产生颈缩/裂纹时，冲头头部的胀形球头加载停止，冲头、下模组件依次退回原来位置，取下试件，一次试验结束。
使用本实用新型的一种高温成形极限试验装置获得如下有益效果：
1.使试样组织充分奥氏体化。
2.防止超高强钢板高温下在空气中氧化；
3.操作简单易行，缩短了高温试验时间，提高了工作效率，且其测试参数准确有效。
附图说明
图1为本实用新型的一种高温成形极限试验装置的具体结构示意图；
图2为本实用新型的一种高温成形极限试验装置的上模组件的具体结构示意图；
图3为本实用新型的一种高温成形极限试验装置的下模组件的具体结构示意图；
图4为本实用新型的一种高温成形极限试验装置的具体工作状态示意图；
图中：1-冲头，A-上模组件，A1-上垫圈，A2-上隔热板，A3-上隔磁板，A4-上压边圈，A5-上模隔热阀套，A6-上模感应线圈，B-下模组件，B1-下压边圈，B2-下隔磁板，B3-下隔热板，B4-下垫板，B5-下模隔热阀套，B6-下模感应线圈，2-试样。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的一种高温成形极限试验装置做进一步的描述。
实施例
为了实现试样快速加热，并在保温和试验阶段保持稳定的温度，防止过度氧化，本实用新型的一种高温成形极限试验装置具备以下特点：
1)试样2快速加热，3分钟内试样加热到950℃，并且保温，防止氧化；
2)高温成形极限试验装置包括冲头1、上模组件A、下模组件B三部分，其中冲头、上模组和下模组可分别控温，范围为常温850℃，温控精度±10℃。
3)高温成形极限试验装置的加热采用感应加热方式，模具外侧为一个圆形的隔热阀套A5、B5，上面缠绕有感应线圈A6、B6，热电偶通过在模具上打孔直接与模具内部接触进行测温，实现模具温度的实时测量和反馈。
4)上模组件、下模组件之间隔离有耐高温的隔热板A2、B3，这样既实现了与工作台间的支持，又实现了隔热效果。
5)加热部分必须采取必要的隔磁措施，防止感应线圈对模具以外的其他部件加热。
本实用新型的一种高温成形极限试验装置具体装配关系如下：
如图1至图3所示，本实用新型的一种高温成形极限试验装置需要与双动试验压力机(图中未示出)结合使用，上模组件A安装在试验压力机上平台中心，下模组件B安装在试验压力机的下平台在中心，冲头1安装在试验压力机的液压缸上，保证冲头、上模组件和下模组件这三者同轴安装，此外应注意，冲头的直径小于下模组件的圆柱形内腔的直径，上模组件的圆柱形内腔的直径大于下模组件的圆柱形内腔的直径。
由于冲头1、上模组件A和下模B组件三者同轴安装，故冲头可从下模组件的圆柱形内腔内上升到上模组件的圆柱形内腔，而上模组件的圆柱形内腔的直径大于下模组件的圆柱形内腔的直径，使得试样2在胀形成型时(如图4所示)，获得了成型空间。
其中，上模组件A包括上垫圈A1、上隔热板A2、上隔磁板A3、上压边圈A4、上模隔热阀套A5和上模感应线圈A6组成，其具体为，上垫圈、上隔热板、上隔磁板和上压边圈这四者均为中心为圆柱形内腔的圈状，上垫圈设置在上隔热板的上部，上隔磁板设置在上隔热板的下部，而上压边圈则设置在上隔磁板的下部，上垫圈、上隔热板、上隔磁板和上压边圈这四者呈相互紧贴式设置且内径相等并同轴，上模隔热阀套则套在上隔磁板的圈体外侧，而上模感应线圈则再套在上模隔热阀套的外圈上。
其中，下模组件B包括下压边圈B1、下隔磁板B2、下隔热板B3、下垫板B4、下模隔热阀套B5和下模感应线圈B6，其具体为，下压边圈、下隔磁板、下隔热板和下垫板这四者均为中心为圆柱形内腔的圈状，下压边圈设置在下隔磁板的上部，下隔热板设置在下隔磁板的下部，而下垫板则设置在下隔热板的下部，下压边圈、下隔磁板、下隔热板和下垫板这四者呈相互紧贴式设置且内径相等并同轴，下模隔热阀套则套在下隔磁板的圈体外侧，而下模感应线圈则再套在下模隔热阀套的外圈上。
根据本实用新型的一种高温成形极限试验装置，在其试验前，将一手柄和防氧化隔板组成试样防氧化装置，手柄是一片与试样等厚，长120mm，宽20mm的钢板，焊接在试样端部，用于加热后试样快速从加热器移动至胀形模具，减少试样在空气中暴露的时间。防氧化隔板是两片0.2mm厚的不锈钢板，用点焊的方式焊接在试样两侧，覆盖在试验表面，进一步减少试样与空气接触的机会。采用以上防氧化装置，可有效减小试样在加热和胀形过程中的氧化，使得胀形完成后的网格清晰可以，方便测量。
根据本实用新型的一种高温成形极限试验装置，在其具体使用时，如图1和图4所示，先将上模组件A和下模组件B分离，接着将试样2置于上模组件的上压边圈A4与下模组件的下压边圈B1之间，再将上模组件和上模组件上下结合，将试样紧压，然后通过感应线圈A6、B6对上模组、下模组件和冲头的球头部分进行加热，本实施例中，在3分钟内试样加热到950℃，并且保温1分钟，防止氧化，而冲头1、上模组件和下模组件可分别控温，范围为850℃，温控精度±10℃。接着启动冲头顶升试验机将冲头从下模组件的圆柱形内腔向上，将试样压紧至设定压边力，进行胀形成型，当试样产生颈缩/裂纹时，冲头头部的胀形球头加载停止，冲头、下模组件依次退回原来位置，取下试件，一次试验结束。
此外如果通过改变冲头1、上模组件A、下模组件B的加热温度，可以得到不同温度下的刚模胀形试件，对这些试件表面应变进行测量后，将应变值投影到FLD图坐标上，即可得到板材的FLD图。
根据本实用新型的一种高温成形极限试验装置，试验方法切实可行，操作简单、快捷，进行了热冲压用钢的高温FLD试验，获得了热冲压用钢在高温条件下的成形极限性能，具有重要的实用性和推广价值，所得热冲压高温FLD图是进行热冲压工艺分析的重要试验基础，可以为热冲压的数值模拟提供准确的破裂判据，对于提高热冲压工艺应用技术和科学研究能力具有重要意义，适用于各种热冲压工艺的测试研究应用领域。
Claims (3)
1.一种高温成形极限试验装置，包括冲头(1)，其特征在于：
所述的冲头(1)与中心为圆柱形内腔的圆盘状的上模组件(A)和下模组件(B)同轴安装；
所述的冲头(1)的直径小于下模组件(B)的圆柱形内腔的直径；
所述的上模组件(A)的圆柱形内腔的直径大于下模组件(B)的圆柱形内腔的直径。
2.如权利要求1所述的一种高温成形极限试验装置，其特征在于，所述的上模组件(A)包括，上垫圈(A1)、上隔热板(A2)、上隔磁板(A3)和上压边圈(A4)均为中心为圆柱形内腔的圈状，上垫圈设置在上隔热板的上部，上隔磁板设置在上隔热板的下部，上压边圈设置在上隔磁板的下部，上垫圈、上隔热板、上隔磁板和上压边圈呈相互紧贴式设置且内径相等并同轴，上模隔热阀套(A5)套在上隔磁板的圈体外侧，上模感应线圈(A6)套在上模隔热阀套的外圈上。
3.如权利要求1所述的一种高温成形极限试验装置，其特征在于，所述的下模组件(B)包括，下压边圈(B1)、下隔磁板(B2)、下隔热板(B3)和下垫板(B4)均为中心为圆柱形内腔的圈状，下压边圈设置在下隔磁板的上部，下隔热板设置在下隔磁板的下部，下垫板设置在下隔热板的下部，下压边圈、下隔磁板、下隔热板和下垫板呈相互紧贴式设置且内径相等并同轴，下模隔热阀套(B5)套在下隔磁板的圈体外侧，下模感应线圈(B6)套在下模隔热阀套的外圈上。
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