專利名稱：一種板材成形極限的測試模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種板材成形極限的測試模具，尤其涉及一種在常溫或者差溫加 熱狀態(tài)下測試板材成形極限的模具。
背景技術(shù)：
成形極限是板材塑性成形中一個十分重要的性能指標(biāo)和工藝參數(shù)，它反映了在沖 壓成形過程中，板材在拉伸失穩(wěn)前所能達到最大變形程度，是沖壓工藝與模具設(shè)計的主要 依據(jù)之一，其中成形極限圖(Forming limit Diagram, FLD)是一項非常重要和廣泛應(yīng)用的 板材成形極限判斷依據(jù)，特別是跟有限元數(shù)值模擬技術(shù)進行結(jié)合，具有準(zhǔn)確、快捷和直觀的 特點，因此許多商業(yè)有限元軟件均將成形極限圖作為沖壓工藝和模具設(shè)計時預(yù)測破裂極限 的主要依據(jù)。而獲得準(zhǔn)確的材料成形極限圖，是確保分析結(jié)果準(zhǔn)確可信的重要前提，準(zhǔn)確的 成形極限圖需要通過試驗獲得。汽車板沖壓成形由于變形的復(fù)雜性及影響因素的多樣性，一直是薄板沖壓成形領(lǐng) 域的重點和難點。隨著汽車工業(yè)規(guī)?；?yīng)的發(fā)展，汽車板沖壓成形的快速化生產(chǎn)和精益 化控制顯得日益重要。實現(xiàn)汽車板快速化生產(chǎn)的一條重要途徑是弓I進了快速沖壓生產(chǎn)線。 由于現(xiàn)場生產(chǎn)中零件沖壓是大批量、連續(xù)化的作業(yè)方式，沖壓速度的提升導(dǎo)致溫升效應(yīng)對 成形性能的影響日趨明顯。但是當(dāng)前評估板材成形極限的重要指標(biāo)FLD的獲取還局限于常溫狀態(tài)，難以準(zhǔn)確 反映汽車覆蓋件實際沖壓狀態(tài)的成形極限。如汽車覆蓋件連續(xù)快速沖壓成形過程，外力對 鋼板變形所作的功絕大部分(75% 90%)消耗于塑性變形并轉(zhuǎn)化為熱能，而且由于鋼板 與模具間反復(fù)的接觸摩擦，導(dǎo)致隨著沖壓的進行，模具的溫度會逐漸升高。溫度的升高會改 變鋼板與模具之間的界面特性，以及鋼板的力學(xué)性能，從而使鋼板表現(xiàn)出不同的成形極限。 如果在分析快速沖壓狀態(tài)下的沖壓工藝和模具設(shè)計時采用常溫狀態(tài)的FLD，會造成較大的 分析誤差。因此，為了對汽車板連續(xù)快速沖壓成形的安全裕度及成形極限進行準(zhǔn)確分析，需 要等溫及差溫環(huán)境下的成形極限圖測試模具，獲取相應(yīng)溫度狀態(tài)下的成形極限圖。經(jīng)對現(xiàn)有國內(nèi)外專利技術(shù)文獻檢索發(fā)現(xiàn)中國專利授權(quán)公告號為CN2676182Y，發(fā)明名稱為一種成形極限試驗用模具，該 實用新型專利涉及一種成形極限試驗用模具，所述模具主要由凹模、壓邊圈、剛性球形凸模 及推動所述凸模的活塞構(gòu)成，凹模的壓邊筋為分段式的圓弧形，可以適用于弧形或矩形試 樣的成形極限試驗。但沒有加熱裝置，只能進行常溫裝態(tài)下鋼板的成形極限試驗。中國專利授權(quán)公告號為CN2702311Y，發(fā)明名稱為差厚激光拼焊板成形極限圖測 試模具，該實用新型專利涉及一種差厚激光拼焊板成形極限圖測試模具，可以獲得差厚激 光拼焊板的成形極限圖。但沒有加熱裝置，只能進行常溫裝態(tài)下拼焊鋼板的成形極限試驗。綜上所述，國內(nèi)目前還沒有等溫或者差溫加熱狀態(tài)下測試板材成形極限的模具。
實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實用新型的目的在于提供一種能夠模擬 實際沖壓過程中的溫度狀態(tài)，可以完成板材在一定溫度范圍內(nèi)的等溫或者差溫成形極限測 試，能夠獨立地對模具的凹模、凸模和壓邊圈進行加熱，獨立控制模具溫度，從而獲得較佳 的成形極限圖，而且操作簡單易行的板材成形極限的測試模具。為了達到上述目的，本實用新型提供了一種板材成形極限的測試模具，包括凹模、 壓邊模和凸模，所述凹模、所述壓邊模和所述凸模內(nèi)部均設(shè)置有用于加熱的加熱部件以及 用于測溫的溫度傳感器，所述加熱部件和所述溫度傳感器通過電纜連接至溫控器上。優(yōu)選地，所述凸模包括一半球形的端部和一柱形的模體，所述模體上軸線位置和 平行于軸線位置設(shè)置有延伸至所述端部的盲孔，所述加熱部件和所述溫度傳感器分別設(shè)置 于所述盲孔內(nèi)。優(yōu)選地，所述平行于軸線位置的盲孔為多個且圍繞所述模體的軸線均勻設(shè)置；所 述加熱部件為棒形加熱管，所述棒形加熱管插設(shè)在平行于軸線位置的盲孔內(nèi)；所述溫度傳 感器設(shè)置于軸線位置的盲孔內(nèi)。優(yōu)選地，所述棒形加熱管為四根，所述平行于軸線位置的盲孔對應(yīng)為四個。優(yōu)選地，所述模體端部還螺紋連接有一用于隔熱的過渡塊。優(yōu)選地，所述壓邊模為環(huán)形，所述壓邊模具有與待壓緊的板材相接觸的模面和與 所述模面相對應(yīng)的外表面，所述外表面上沿周向凹設(shè)有環(huán)形加熱槽，所述壓邊模上的加熱 部件嵌設(shè)于所述環(huán)形加熱槽內(nèi)；所述壓邊模的周緣面上沿徑向設(shè)置有一盲孔，所述壓邊模 上的溫度傳感器設(shè)置在所述盲孔內(nèi)。優(yōu)選地，所述凹模為環(huán)形，所述凹模具有與待壓緊的板材相接觸的模面和與所述 模面相對應(yīng)的外表面，所述外表面上沿周向也凹設(shè)有環(huán)形加熱槽，所述凹模上的加熱部件 嵌設(shè)在所述環(huán)形加熱槽內(nèi)；所述凹模的周緣面上沿徑向也設(shè)置有一盲孔，所述凹模上的溫 度傳感器設(shè)置在所述盲孔內(nèi)。優(yōu)選地，所述壓邊模上的加熱部件和/或所述凹模上的加熱部件為環(huán)形加熱圈。優(yōu)選地，所述溫度傳感器為熱電偶。優(yōu)選地，所述壓邊模和所述凹模與模面相對應(yīng)的外表面沿軸向均勻設(shè)置有多個隔 熱柱孔，所述隔熱柱孔內(nèi)設(shè)置有隔熱支撐桿。根據(jù)本實用新型的板材成形極限的測試模具的有益效果在于1、本實用新型的測試模具包括凸模、凹模和壓邊模三大部分，可以單獨進行加熱 和溫度控制，而且簡單易行；2、本實用新型的測試模具加熱溫度為常溫 150°C，溫控精度士2°C，實現(xiàn)了實際 沖壓生產(chǎn)中溫度狀態(tài)的模擬功能；3、凸模、凹模和壓邊模的加熱布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，均具有良好的加熱均勻性，并 與機床工作臺保持良好的隔熱性；4、通過設(shè)置凸模、凹模和壓邊模的加熱溫度進行試驗，可以獲得等溫加熱狀態(tài)下 板材的成形極限圖；5、通過分別設(shè)置脹形凸模、凹模和壓邊圈的加熱溫度進行試驗，可以獲得差溫加 熱狀態(tài)下板材的成形極限圖。
圖1為本實用新型的板材成形極限的測試模具的剖視圖；圖2為本實用新型的板材成形極限的測試模具的凸模的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型的板材成形極限的測試模具的凸模的剖視圖；圖4為本實用新型的板材成形極限的測試模具的壓邊模的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型的板材成形極限的測試模具的凹模的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步地詳細描述。如圖1所示，根據(jù)本實用新型的板材成形極限的測試模具，包括凹模7、壓邊模4和 凸模12，凹模7、壓邊模4和凸模12內(nèi)部都設(shè)置有加熱部件和溫度傳感器，加熱部件用于分 別對模具的各個部分進行加熱，溫度傳感器用于實現(xiàn)溫度的實時測量和反饋。每個模具中 分別單獨設(shè)置加熱部件和溫度傳感器，從而實現(xiàn)了單獨的加熱和溫度控制。加熱部件和溫 度傳感器通過電纜連接至溫控器1上，加熱溫度為常溫 150°C，溫控精度士2°C，實現(xiàn)了對 實際沖壓生產(chǎn)中溫度狀態(tài)的模擬。通過對凹模7、壓邊模4和凸模12設(shè)置相同的加熱溫度 進行試驗，可以獲得等溫加熱狀態(tài)下板材的成形極限圖；通過分別設(shè)置凹模7、壓邊模4和 凸模12的加熱溫度進行試驗，可以獲得差溫加熱狀態(tài)下板材的成形極限圖。如圖1至圖3所示，凸模12由一個半球形的端部和一個柱形的模體15組成，模 體15上沿軸線位置設(shè)置有延伸至所述端部的盲孔11，加熱部件設(shè)置在這個盲孔11內(nèi)；模 體15上沿平行于軸線位置也設(shè)置有延伸至所述端部的盲孔13，溫度傳感器設(shè)置在這個盲 孔13內(nèi)。在本實施例中，盲孔11為多個且圍繞模體15的軸線均勻設(shè)置；加熱部件采用的 是棒形加熱管，棒形加熱管插設(shè)在平行于軸線位置的盲孔11內(nèi)。棒形加熱管為四根，平行 于軸線位置的盲孔11對應(yīng)為四個。安裝時凸模12安裝于試驗壓力機的主滑塊上，模體端 部還螺紋連接有一用于隔熱的過渡塊2，通過過渡塊2與主滑塊接觸，起到凸模12的隔熱功 能。并且凸模12底部設(shè)有走線槽16，棒形加熱管11以及溫度傳感器(在本實施例中為熱 電偶)的電纜可從走線槽16穿出，連接至溫控器1上。如圖1和圖4所示，壓邊模4為環(huán)形，所述壓邊模具有與待壓緊的板材10相接觸 的模面和與所述模面相對應(yīng)的外表面，外表面沿周向凹設(shè)有環(huán)形加熱槽14，壓邊模4上的 加熱部件嵌設(shè)于環(huán)形加熱槽14內(nèi)；壓邊模4的周緣面上沿徑向設(shè)置有一盲孔5，壓邊模上 的溫度傳感器設(shè)置在盲孔5內(nèi)。在本實施例中，壓邊模4上的加熱部件為環(huán)形加熱圈，用于 對壓邊模4進行均勻的加熱。安裝時，壓邊模4安裝在試驗壓力機的壓邊滑塊的墊板上，壓 邊模4的下端設(shè)有隔熱柱孔3，隔熱柱孔3均勻地設(shè)置在壓邊模4與模面相對應(yīng)的外表面 上，壓邊模4通過隔熱柱孔3與壓邊滑塊的墊板相接觸，既實現(xiàn)了與工作臺間的支持，又減 少了接觸面積，保證了隔熱效果。如圖1和圖5所示，凹模7為環(huán)形，凹模7具有與待壓緊的板材10相接觸的模面 和與所述模面相對應(yīng)的外表面，所述外表面沿周向也凹設(shè)有環(huán)形加熱槽9，凹模上的加熱部 件嵌設(shè)在環(huán)形加熱槽9內(nèi)；凹模7的周緣面上沿徑向也設(shè)置有一盲孔6，凹模7上的溫度傳 感器設(shè)置在盲孔6內(nèi)。在本實施例中，凹模7上的加熱部件為環(huán)形加熱圈，用于對凹模7進行均勻的加熱。安裝時，凹模7安裝于試驗壓力機的上橫梁墊板上，凹模7的上端設(shè)有隔熱 柱孔8，隔熱柱孔8均勻地設(shè)置在凹模7的外表面上，凹模7通過隔熱柱孔8與上橫梁墊板 相接觸，既實現(xiàn)了與工作臺間的支持，又減少了接觸面積，保證了隔熱效果。作為對本實用新型的改進，模具中的溫度傳感器為熱電偶，當(dāng)然，也可以采用其他 類型的溫度傳感器，將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號傳輸給溫控器，實現(xiàn)對溫度的反饋和控制。采用本實用新型的板材成形極限的測試模具進行板材成形極限試驗時，為獲得不 同應(yīng)變路徑下的局部表面極限應(yīng)變，需要采用不同寬度的試樣，試樣表面采用電化學(xué)腐蝕 法印制直徑2. 5mm的相切圓形網(wǎng)格。下面將對采用本實用新型的板材成形極限的測試模具 進行板材成形極限試驗的過程作出詳細的說明。(1)安裝模具。將凹模7安裝于壓力機上橫梁的墊板上，凸模12安裝于主滑塊上， 壓邊模4安裝在壓邊滑塊的墊板上。凹模7和壓邊模4與設(shè)備連接的位置裝有凹模7支撐 桿和壓邊模4支撐桿，通過減小接觸面積來減少熱量的散發(fā)。(2)設(shè)置模具溫度并進行加熱。分別設(shè)定模具中的凸模12、凹模7、壓邊模4的溫 度，并加熱至設(shè)定溫度保溫，然后啟動壓機準(zhǔn)備試驗。(3)進行試驗。在模具溫度達到指定溫度并保溫均勻狀態(tài)下，將室溫下的試樣放置 在模具凹模7上，之后壓邊模4下移壓緊試樣至設(shè)定壓邊力，之后凸模12上移，試樣進行脹 形成形。當(dāng)試樣產(chǎn)生頸縮/裂紋時，凸模12加載停止，凸模12、壓邊模4依次退回原來位 置。取下試件，一次試驗結(jié)束。依次進行其余試樣的試驗，直至所有試樣試驗結(jié)束。(4)網(wǎng)格測量。選取與裂紋最接近，但不包括頸縮的橢圓網(wǎng)格，測量橢圓長軸和短 軸長度，獲得主應(yīng)變”和次應(yīng)變ε 2，從而獲取每種試樣對應(yīng)的極限應(yīng)變狀態(tài)。(5)繪制FLD圖。將不同試樣測量的極限應(yīng)變狀態(tài)繪制在以次應(yīng)變ε 2為X軸和 主應(yīng)變h為Y軸的坐標(biāo)中，將數(shù)據(jù)點擬合，即可得到FLC曲線建立FLD圖。改變凸模12、凹模7和壓邊模4的溫度，可以得到不同溫度組合下的FLD。改變試 驗材料，可以得到不同材料、不同模具溫度組合的FLD?；诒緦嵱眯滦偷陌宀某尚螛O限的測試模具，可以獨立控制凸模、凹模和壓邊模 的溫度，準(zhǔn)確獲取貼近汽車板快速沖壓下的溫升狀態(tài)，得到模具等溫及差溫加熱狀態(tài)下的 成形極限圖FLD，為汽車板快速沖壓工藝分析和模具設(shè)計提供完備的試驗數(shù)據(jù)，滿足科研需 求，并為汽車板沖壓精益控制提供必要的試驗數(shù)據(jù)，對于提升具有用戶使用技術(shù)研究能力 具有重要的現(xiàn)實意義，并填補國內(nèi)在該領(lǐng)域的研究空白。本實用新型不局限于上述特定實施例，在不背離本實用新型精神及其實質(zhì)情況 下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本實用新型作出各種相應(yīng)改變和變形，但這些相應(yīng)改變 和變形都應(yīng)屬于本實用新型所附權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種板材成形極限的測試模具，包括凹模、壓邊模和凸模，其特征在于，所述凹模、所 述壓邊模和所述凸模內(nèi)部均設(shè)置有用于加熱的加熱部件以及用于測溫的溫度傳感器，所述 加熱部件和所述溫度傳感器通過電纜連接至溫控器上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板材成形極限的測試模具，其特征在于，所述凸模包括一半球形的端部和一柱形的模體，所述模體上軸線位置和平行于軸線 位置設(shè)置有延伸至所述端部的盲孔，所述加熱部件和所述溫度傳感器分別設(shè)置于所述盲孔 內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的板材成形極限的測試模具，其特征在于，所述平行于軸線位 置的盲孔為多個且圍繞所述模體的軸線均勻設(shè)置；所述加熱部件為棒形加熱管，所述棒形 加熱管插設(shè)在平行于軸線位置的盲孔內(nèi)；所述溫度傳感器設(shè)置于軸線位置的盲孔內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的板材成形極限的測試模具，其特征在于，所述棒形加熱管為 四根，所述平行于軸線位置的盲孔對應(yīng)為四個。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的板材成形極限的測試模具，其特征在于，所述模體的自由端 還螺紋連接有一用于隔熱的過渡塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板材成形極限的測試模具，其特征在于，所述壓邊模為環(huán)形，所述壓邊模具有與待壓緊的板材相接觸的模面和與所述模面相對 應(yīng)的外表面，所述外表面上沿周向凹設(shè)有環(huán)形加熱槽，所述壓邊模上的加熱部件嵌設(shè)于所 述環(huán)形加熱槽內(nèi)；所述壓邊模的周緣面上沿徑向設(shè)置有一盲孔，所述壓邊模上的溫度傳感器設(shè)置在所述 盲孔內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板材成形極限的測試模具，其特征在于，所述凹模為環(huán)形，所述凹模具有與待壓緊的板材相接觸的模面和與所述模面相對應(yīng)的 外表面，所述外表面上沿周向也凹設(shè)有環(huán)形加熱槽，所述凹模上的加熱部件嵌設(shè)在所述環(huán) 形加熱槽內(nèi)；所述凹模的周緣面上沿徑向也設(shè)置有一盲孔，所述凹模上的溫度傳感器設(shè)置在所述盲 孔內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的板材成形極限的測試模具，其特征在于，所述壓邊模上的 加熱部件和/或所述凹模上的加熱部件為環(huán)形加熱圈。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的板材成形極限的測試模具，其特征在于，所述溫度 傳感器為熱電偶。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的板材成形極限的測試模具，其特征在于，所述壓 邊模和所述凹模與模面相對應(yīng)的外表面沿軸向均勻設(shè)置有多個隔熱柱孔，所述隔熱柱孔內(nèi) 設(shè)置有隔熱支撐桿。
專利摘要本實用新型提供了一種板材成形極限的測試模具，包括凹模、壓邊模和凸模，所述凹模、所述壓邊模和所述凸模內(nèi)部均設(shè)置有用于加熱的加熱部件以及用于測溫的溫度傳感器，所述加熱部件和所述溫度傳感器通過電纜連接至溫控器上。根據(jù)本實用新型的板材成形極限的測試模具，能夠模擬實際沖壓過程中的溫度狀態(tài)，可以完成板材在一定溫度范圍內(nèi)的等溫或者差溫成形極限測試，能夠獨立地對模具的凹模、凸模和壓邊圈進行加熱，獨立控制模具各部分的溫度，從而獲得較佳的成形極限圖，而且操作簡單易行。
文檔編號G01N3/28GK201780237SQ20102026657
公開日2011年3月30日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者刁可山, 蔣浩民, 陳慶欣, 陳新平 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司