本实用新型专利技术提供一种高温高速金属板材热冲压成形极限测试装置，包括高频感应加热箱；机器手臂；冲压结构，包括内部设有冲头高功率加热棒和冲头温度传感器的半球形冲头、压边圈和凹模的外围设有高频感应线圈，其内部设有高功率加热棒和温度传感器；支撑结构，包括上模架和下模架通过导柱连接；冲头液压缸和压边圈液压缸安装于上模架上；半球形冲头通过连杆与冲头液压缸相连；压边圈与压边圈液压缸相连；凹模安装于下模架并固定不动；光学应变测量装置和红外测温仪和控制装置。本实用新型专利技术通过各个设备之间的配合，可完成对高温高速金属板材热冲压成形极限的测试，具有覆盖工况范围广，适用性强等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种高温高速金属板材热冲压成形极限测试装置
本技术涉及金属板材成形
，尤其涉及一种高温高速金属板材热冲压成形极限测试装置。
技术介绍
节能、环保是当今汽车制造业发展的主题。针对新能源汽车来讲，消费者在购车时会首要关注能耗问题；另一方面，国家已出台相应法规，明确要求轻型汽车在整车出厂时标明油耗标识。因此，车身轻量化将是汽车生产企业关注的重点问题。采用高强度钢板制造的车身结构件，在实现车身减重的同时还能保证整车的碰撞安全性。另一方面，高强度钢板较高的性价比也促使其成为汽车生产企业为实现轻量化而首选的材料。然而，高强度钢板室温成形性较差，容易出现破裂、回弹大等问题，因此，在实际生产中常采用热冲压成形技术对上述问题予以解决。同时，需要指出，随着生产工艺的日臻完善，铝镁等高强度轻质合金在未来汽车轻量化领域也会得到大量的应用。热冲压成形是一个板料温度连续变化的过程，同时为了保证板料的成形性和最终产品的质量，需保证高强度钢板在奥氏体状态完成冲压成形。可以看出，高强度钢板热冲压成形是一个热-力-相耦合的复杂过程。而在高温下，高强度钢板的力学性能将表现出显著地温度、应变率相关性。因此，对于热冲压钢板的成形性评价，需充分考虑温度和应变率对材料成形性能的影响。成形极限图是评价板料成形性能最为直观和有效的方法之一，它反映了板料在发生破裂前所能承受的最大塑性变形能力。在热冲压数值仿真中，采用成形极限图作为评价高强度钢板在成形过程中是否发生破裂的准则，可有效指导成形工艺和模具几何的优化设计，从而有效保证冲压产品的质量，同时缩短新产品的研发周期。为研究适用于热冲压的成形极限图，申请号为201110082554.7的中国专利公开了一种建立超高强硼钢板高温成形极限图的试验装置及试验方法。该专利首先将模具加热到试验温度，随后将样件通过压边圈和凹模之间连接件的夹紧力进行固定，该夹紧样件的操作方式不能保证每次施加的夹紧力相同，且每次操作时需人工进行样件的手动更换，实验效率低，操作风险和难度较大；另一方面，因模具温度低于样件温度，因此样件与模具间存在热交换，这必然导致样件温度的不均匀，进而引起样件力学性能的差异，造成测量结果的不准确；同时，高温样件没有进行防氧化处理，高温变形过程中钢板氧化现象严重，因此样件表面上的网格在实验结束后可能变得模糊不清，不利于后续成形极限的计算；另一方面，试验拉深速度控制在10～20mm/s，该速度低于实际工业热冲压工况，因此不能全面满足热冲压样件成形性的评价需求。申请号为201410076406.8的中国专利公开了一种金属板材热成形极限实验装置及测试方法。该专利将模具和样件置于密封箱中，利用密封箱内壁的电阻丝加热整个内部空间，以实现模具和样件的同时加热与冷却。该加热方式加热效率低，能源耗费高；另一方面，为保证热冲压产品的力学性能，热冲压过程需先将高强度钢板样件加热到900℃以上，随后快速冷却至指定温度进行成形，以防止高温奥氏体样件发生相变，而该专利无法实现样件的快速降温，所建立的成形极限曲线与实际热冲压工艺不符；该专利也没有考虑应变率对高强度钢板高温成形性能的影响；另一方面，该专利没有考虑冲头与样件间的润滑，在胀形过程中样件很容易发生边缘破裂，导致测试结果不准确。申请号为201320475508.8的中国专利公开了一种金属高温热成形极限TFLD测试装置。与申请号为201410076406.8的中国专利类似，采用加热炉对模具进行加热，加热效率低，能源浪费严重；同时模具降温缓慢，导致开展不同温度成形极限测试周期长；该专利采用传统方式，通过测量样件上腐刻网格的变形量来计算极限应变，临界网格的选取受主观因素影响较大；另一方面，样件破裂后很难及时停止冲头的运行，导致样件裂纹附近网格继续撕裂，计算结果不准确。综上所述，针对于高温高速金属板材热冲压成形过程的试验装置和方法还没有相关报道，迫切需要设计一种试验装置和方法来模拟高温高速金属板材的成形过程，并获取其成形极限，评估其成形性能。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种高温高速金属板材热冲压成形极限测试装置。本技术的目的主要为了通过各个设备之间的配合，完成对高温高速金属板材热冲压成形极限的测试，从而建立覆盖热冲压温度、应变率区间的高温高速成形极限图，覆盖工况范围广，适用性强。本技术采用的技术手段如下：一种高温高速金属板材热冲压成形极限测试装置，其特征在于，包括：高频感应加热箱，用于将高强度钢板样件快速加热到奥氏体温度并实现保温；机器手臂，集成急冷装置于其上，用于快速冷却高强度钢板样件至测试温度，并用于转运高强度钢板样件至胀形模具进行高温高速成形极限测试；冲压结构，包括半球形冲头、嵌套设置在所述半球形冲头外侧的压边圈和与所述压边圈相匹配的用于压合成形所述高强度钢板样件的凹模，所述压边圈和所述凹模的外围分别设有用于快速加热到测试温度的高频感应线圈，所述压边圈和所述凹模内部分别设有用于实现保温功能的高功率加热棒和温度传感器；所述半球形冲头内部设有用于快速加热和保温的冲头高功率加热棒和冲头温度传感器；所述半球形冲头和压边圈分别采用冲头液压缸、压边圈液压缸提供动力独立运行；支撑结构，包括上模架和下模架，通过导柱连接以保证装置整体的稳定性；冲头液压缸和压边圈液压缸安装于所述上模架上；所述半球形冲头通过连杆与所述冲头液压缸相连接；所述压边圈通过螺栓与所述压边圈液压缸相连接；所述凹模安装于所述下模架并固定不动；光学应变测量装置和红外测温仪，均安装于所述下模架的底部，用于测量所述高强度钢板样件在胀形过程中的应变场和温度场；控制装置，用于协调上述各部件间的运行并分析数据。进一步地，所述压边圈的下表面设有圆环形拉延筋，所述凹模的上表面对应所述压边圈拉延筋的位置设有圆环形凹槽，用于避免样件压边后在胀形过程中出现滑移。进一步地，所述半球形冲头设有自平衡装置，用于保证胀形过程中的对中性。较现有技术相比，本技术具有以下优点：1、针对现有采用密封箱或加热炉加热模具的方式，本技术采用高功率加热棒和高频感应线圈相结合的方式来加热模具，该加热方式加热效率高，节约能源；另一方面，方便开展不同温度的成形极限测试研究，测试周期短。2、针对现有模具和样件一起采用密封箱加热的方式，本技术中采用高频感应加热箱对样件进行加热，加热效率高；同时在转运过程中有急冷处理，可保证高温高强度钢板样件微观组织为奥氏体组织，与实际热冲压工艺相一致，可保证样件的成形质量。3、针对现有样件先通过凹模和压边圈之间连接件的夹紧力进行压边，随后对样件进行加热的方式，本技术采用高频感应加热箱对样件单独加热，可避免因高温样件与模具间的热交换而导致的样件温度不均匀，温度不均匀将导致力学性能存在差异；本技术采用压边圈液压缸控制压边圈的运行和压边力，压边力控制精确。4、针对现有采用网格腐刻方式来计算变形量的成形极限获取方法，该方法不能准确控制冲头的停机条件；本技术采用光学应变测量系统，进而采用基于位置或时间相关的成形极限计算方法获得样件的成形极限数据，控制精度高，获取的破裂过程应变数据准确度高。5、针对现有方法的片面性，本技术充分考虑温度、应变率对高强度钢板高温力学性能的影响以及实际热冲压本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高温高速金属板材热冲压成形极限测试装置，其特征在于，包括：高频感应加热箱(1)，用于将高强度钢板样件(2)快速加热到奥氏体温度并实现保温；机器手臂(3)，集成急冷装置于其上，用于快速冷却高强度钢板样件(2)至测试温度，并用于转运高强度钢板样件(2)至胀形模具进行高温高速成形极限测试；冲压结构，包括半球形冲头(4)、嵌套设置在所述半球形冲头(4)外侧的压边圈(5)和与所述压边圈(5)相匹配的用于压合成形所述高强度钢板样件(2)的凹模(6)，所述半球形冲头(4)内部设有冲头高功率加热棒(21)和冲头温度传感器(22)；所述压边圈(5)和所述凹模(6)的外围分别设有用于快速加热到测试温度的高频感应线圈，所述压边圈(5)和所述凹模(6)内部分别设有用于实现保温功能的高功率加热棒和温度传感器；支撑结构，包括上模架(15)和下模架(16)，通过导柱(19)连接以保证装置整体的稳定性；冲头液压缸(14)和压边圈液压缸(13)安装于所述上模架(15)上；所述半球形冲头(4)通过连杆与所述冲头液压缸(14)相连接；所述压边圈(5)通过螺栓与所述压边圈液压缸(13)相连接；所述凹模(6)安装于所述下模架(16)并固定不动；光学应变测量装置(17)和红外测温仪(18)，均安装于所述下模架(16)的底部，用于测量所述高强度钢板样件(2)在胀形过程中的应变场和温度场；控制装置(20)，用于协调上述各部件间的运行并分析数据。...
【技术特征摘要】
1.一种高温高速金属板材热冲压成形极限测试装置，其特征在于，包括：高频感应加热箱(1)，用于将高强度钢板样件(2)快速加热到奥氏体温度并实现保温；机器手臂(3)，集成急冷装置于其上，用于快速冷却高强度钢板样件(2)至测试温度，并用于转运高强度钢板样件(2)至胀形模具进行高温高速成形极限测试；冲压结构，包括半球形冲头(4)、嵌套设置在所述半球形冲头(4)外侧的压边圈(5)和与所述压边圈(5)相匹配的用于压合成形所述高强度钢板样件(2)的凹模(6)，所述半球形冲头(4)内部设有冲头高功率加热棒(21)和冲头温度传感器(22)；所述压边圈(5)和所述凹模(6)的外围分别设有用于快速加热到测试温度的高频感应线圈，所述压边圈(5)和所述凹模(6)内部分别设有用于实现保温功能的高功率加热棒和温度传感器；支撑结构，包括上模架(15)和下模架(16)，通过导柱(19)连接以保证装置整体的稳定性；冲头液...
【专利技术属性】
技术研发人员：盈亮，胡平，刘文权，荣海，韩小强，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21
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