一種薄板高溫成形極限試驗裝置的制造方法
【專利摘要】一種薄板高溫成形極限試驗裝置，包括：壓板組件、凹模組件、凸模組件、導向支撐組件、加熱組件和密封組件，所述壓板組件設置于上下兩側，所述密封組件設置于所述壓板組件和導向支撐組件上，所述凹模組件設置于所述密封組件內，所述凸模組件設置于所述壓板組件上，所述加熱組件設置于所述凹模組件和凸模組件中。本發(fā)明的優(yōu)點在于，提供了一種薄板高溫成形極限試驗裝置，用于測定薄板在不同溫度不同應變速率下的成形極限圖；采用模具內置加熱棒的形式，使試驗裝置結構緊湊；采用熱電偶—繼電器控制回路，可實現(xiàn)精確變溫試驗；采用密閉環(huán)境同氮氣的方式，實現(xiàn)了易氧化金屬的高溫成形試驗；內置加熱裝置的形式不會破壞模具外表面。
【專利說明】
一種薄板高溫成形極限試驗裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于金屬塑性成形工藝與裝備技術領域，提供了一種薄板高溫成形極限試驗裝置，用于測定薄板在高溫下的成形極限圖。
技術背景
[0002]在沖壓成形領域，板料的成形極限圖是評定薄板深沖成形性能的一種重要圖形，它能直觀、清楚地表明薄板在沖壓過程中的變形情況。同時，板材的成形極限圖對于推動板材性能、成形理論、成形工藝和質量控制的協(xié)調發(fā)展也起到了重要作用。
[0003]目前，薄板在室溫下的成形極限試驗裝置已經有了成熟的發(fā)展。但在高溫環(huán)境下，因加熱裝置的復雜性，以及板料嚴重氧化帶來的測量偏差，為薄板高溫下的成形極限試驗帶來困難。本發(fā)明提供的試驗裝置，不僅結構緊湊、使用方便，而且為高溫下的成形極限試驗提供氮氣環(huán)境，避免嚴重氧化反應的發(fā)生。該裝置試驗精度高，為板料在不同溫度、不同應變速率下的成形極限測定提供了可靠途徑。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提供了一種薄板高溫成形極限試驗裝置，用于測定薄板在高溫下的成形極限圖。
[0005]本發(fā)明采用以下技術方案:
一種薄板高溫成形極限試驗裝置，包括:壓板組件、凹模組件、凸模組件、導向支撐組件、加熱組件和密封組件，所述壓板組件設置于上下兩側，所述密封組件設置于所述壓板組件和導向支撐組件上，所述凹模組件設置于所述密封組件內，所述凸模組件設置于所述壓板組件上，所述加熱組件設置于所述凹模組件和凸模組件中。
[0006]進一步的，所述壓板組件包括:上壓板，下壓板，所述凹模組件包括:上凹模與下凹模，所述凸模組件包括:凸模、壓力傳感器和支柱，所述導向支撐組件包括:第一導柱、第二導柱、氮氣彈簧和支撐板，所述加熱組件包括:環(huán)形加熱棒、熱電偶和線性加熱棒，所述密封組件包括:上密封圈和下密封圈。
[0007]進一步的，所述上壓板與下壓板分別設置在上下兩側，所述上壓板四角各設置一第一導柱分別與下壓板四個角連接。
[0008]進一步的，所述上凹模設置于所述上壓板底面中部，所述上密封圈設置于上壓板底面邊緣處。
[0009]進一步的，多個所述第二導柱、氮氣彈簧設置于所述下壓板頂面，多個所述第二導柱與氮氣彈簧以下壓板中心為圓心，交錯間隔45°排列。
[0010]進一步的，所述支撐板設置于所述第二導柱與氮氣彈簧頂部，所述下凹模設置于所述支撐板頂面中部，所述下密封圈設置于所述支撐板頂面邊緣處。
[0011]進一步的，所述上凹模和下凹模均設有夾層，所述環(huán)形加熱棒設置于所述夾層內，所述上凹模、下凹模和支撐板中部均設有圓形通孔。
[0012]進一步的，所述支柱設置于所下壓板頂面中部，所述支柱與所述下壓板之間設有所述壓力傳感器。
[0013]進一步的，所述凸模設置于所述支柱頂部，所述凸模形狀為半球形，所述凸模內中心設置所述熱電偶，所述凸模內以熱電偶為中心間隔90°還設有多個線形加熱棒。
[0014]進一步的，所述支柱內設有開槽，所述熱電偶和線形加熱棒的引出線路通過開槽導出到外面。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1)提供了一種薄板高溫成形極限試驗裝置，用于測定薄板在不同溫度不同應變速率下的成形極限圖；
2)采用模具內置加熱棒的形式，使試驗裝置結構緊湊；
3)采用熱電偶一繼電器控制回路，可實現(xiàn)精確變溫試驗；
4)采用密閉環(huán)境同氮氣的方式，實現(xiàn)了易氧化金屬的高溫成形試驗；
5)內置加熱裝置的形式不會破壞模具外表面，保證了試驗過程中板料表面的良好精度；
6)試驗裝置加工制造成本低，試驗可重復精度高。
【附圖說明】
[0016]圖1為薄板高溫成形極限試驗裝置；
圖2為環(huán)形加熱棒在凹模中的布置圖；
圖3為模具溫度控制回路圖；
圖4為第二導柱與氮氣彈簧的布置圖；
圖5為上密封圈爐門結構；
圖6為凸模內加熱棒、熱電偶引出線結構。
[0017]圖中:
1.上壓板，2.上凹模，3.環(huán)形加熱棒，4.上密封圈，5.薄板，6.下密封圈，7.下凹模，8.凸模，9.熱電偶，10.線形加熱棒，11.支撐板，12.支柱，13.氮氣彈簧，14.第二導柱，15.第一導柱，16.壓力傳感器，17.下壓板，18.引出線。
【具體實施方式】
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(fā)明的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0020]如圖1所示，一種薄板高溫成形極限試驗裝置，包括:壓板組件、凹模組件、凸模組件、導向支撐組件、加熱組件和密封組件，所述壓板組件設置于上下兩側，所述密封組件設置于所述壓板組件和導向支撐組件上，所述凹模組件設置于所述密封組件內，所述凸模組件設置于所述壓板組件上，所述加熱組件設置于所述凹模組件和凸模組件中。
[0021]所述壓板組件包括:上壓板I，下壓板17，所述凹模組件包括:上凹模2與下凹模7，所述凸模組件包括:凸模8、壓力傳感器16和支柱12，所述導向支撐組件包括:第一導柱15、第二導柱14、氮氣彈簧13和支撐板11，所述加熱組件包括:環(huán)形加熱棒3、熱電偶9和線性加熱棒10，所述密封組件包括:上密封圈4和下密封圈6。
[0022]所述上壓板I與下壓板17分別設置在上下兩側，所述上壓板I四角各設置一第一導柱15分別與下壓板17四個角連接，所述上凹模2設置于所述上壓板I底面中部，所述上密封圈4設置于上壓板I底面邊緣處，多個所述第二導柱14、氮氣彈簧13設置于所述下壓板17頂面，多個所述第二導柱14與氮氣彈簧13以下壓板17中心為圓心，交錯間隔45°排列，所述支撐板11設置于所述第二導柱14與氮氣彈簧13頂部，所述下凹模7設置于所述支撐板11頂面中部，所述下密封圈6設置于所述支撐板11頂面邊緣處，所述上凹模2和下凹模7均設有夾層，所述環(huán)形加熱棒3設置于所述夾層內，所述上凹模2、下凹模7和支撐板11中部均設有圓形通孔，其大小可使凸模8通過，所述支柱12設置于所下壓板17頂面中部，所述支柱12與所述下壓板17之間設有所述壓力傳感器16，所述凸模8設置于所述支柱12頂部，所述凸模8形狀為半球形，所述凸模8內中心設置所述熱電偶9，所述凸模8內以熱電偶9為中心間隔90°還設有多個線形加熱棒10，所述支柱12內設有開槽，所述熱電偶9和線形加熱棒10的引出線18路通過開槽導出到外面。
[0023]本發(fā)明提供了一種薄板高溫成形極限試驗裝置，用于測定薄板在高溫下的成形極限圖。
[0024]薄板高溫成形極限試驗裝置如圖1所示。試驗裝置采用倒裝沖壓模具的結構。壓力機作用于上壓板I和下壓板17。板料5放置在下凹模7上，上凹模2和下凹模7將板料壓緊后帶動板料5向凸模8運動。板料5在這一過程中逐漸成形，直至破裂。壓力傳感器16檢測到壓力突變時，即為薄板5破裂的發(fā)生，沖壓運動應立即停止。凸模形狀為半球形，直徑100mm。上凹模2、下凹模7外徑200mm，內徑106mm。該裝置可用于0.1?3mm厚的薄板的高溫成形極限試驗。
[0025]設計高溫成形極限試驗的溫度范圍為50_800°C。單個環(huán)形加熱棒3的功率為1KW，上凹模2、下凹模7各使用3根對其獨立加熱。線形加熱棒10功率0.5KW，凸模8使用6根線形加熱棒對其加熱。熱電偶、繼電器、加熱棒構成閉環(huán)控制回路對上凹模2、下凹模7、凸模8分別進行溫度控制，以保證三者溫度統(tǒng)一，均等于薄板高溫成形溫度。上凹模2、下凹模7、凸模8的制造材料可采用高溫合金或耐熱鋼0Cr25Ni20，以保證模具在高溫環(huán)境下仍具有較高的強度。
[0026]板料5先在氮氣氣氛爐內加熱至成形溫度，后轉移至試驗裝置內，放置于下凹模7上。上凹模2、下凹模7、凸模8均采用內置加熱元件的方式加熱，環(huán)形加熱棒在凹模中的布置方式如圖2所示。模具的加熱溫度同板料成形溫度。在模具中加工用于埋放熱電偶的安裝孔，如熱電偶9通過螺紋連接固定在凸模8中。模具溫度的控制方式如圖3所示，熱電偶將檢測到的溫度信號轉換為低電壓信號傳輸給繼電器，繼電器根據設定的溫度控制加熱棒電流的通斷，從而實現(xiàn)模具溫度的控制。
[0027]下凹模7向下運動的導向由第二導柱14提供，上凹模2與下凹模7對板料5的夾緊力由氮氣彈簧13提供，第二導柱14與氮氣彈簧13的布置圖如圖4所示。氮氣彈簧13是一種以高壓氮氣為工作介質的彈性組件，它體積小、彈力大、行程長、工作精密，其彈力曲線平緩，為成形極限試驗提供精準可控的壓邊力。本專利采用4個2.5KN的氮氣彈簧，根據試驗材料的不同對彈簧數量進行加減，可提供0、5、1KN三個檔次的壓邊力。上凹模2與下凹模7加工有拉延筋，以保證在成形極限試驗中位于壓邊區(qū)域的板料不被拉入凹模內孔。
[0028]通過改變壓力機沖頭的下壓速度來改變試驗過程中薄板5的應變速率，壓力機需提供0.01?10s—1的應變速率，以保證試驗的可靠進行。
[0029]成形試驗采用氮氣氣氛保護，上密封圈4和下密封圈6將試驗模具和板料5密封。上密封圈4通過螺栓和上壓板I連接，下密封圈6通過螺栓和支撐板11連接。上密封圈4設有爐門結構，如圖5所示。該結構可保證板料的順利進出，同時為氮氣氣氛提供密閉環(huán)境。上密封圈開有氮氣導入孔，氮氣由該孔源源不斷的通入。
[0030]整個成形裝置處于高溫環(huán)境下，為保證較高的加熱效率，加熱元件(如上凹模2、下凹模7、凸模8)與非加熱元件(如上壓板1、支撐板11、支柱12)間應充分絕熱。為保證模具的順利運動，第一導柱15、第二導柱14同上壓板1、下壓板17的連接，采用導熱系數低的材料，以盡量減第二導柱受熱。同時，導柱與導套的運動間隙相比于冷成形稍有擴大，以抵消熱膨脹造成的影響。氮氣彈簧13、第二導柱14、第一導柱15采用遠離沖壓中心線的方式布置，以減小高溫模具對三者的熱影響。
[0031]壓力傳感器16用于測量成形極限試驗中薄板所受沖壓力的變化。試驗過程中，用壓力數值的突變來判斷薄板的破裂位置。為保證試驗的準確性，需采用采樣頻率1Hz以上的壓力傳感器，以保證在薄板破裂發(fā)生時模具及時停止運動。
[0032]為保證環(huán)形加熱棒3、線形加熱棒10、熱電偶9的順利工作，熱電偶與加熱棒的導線應有合適的渠道引出。如圖6所示，凸模中的線形加熱棒10、熱電偶9的引出線18通過支柱9中加工的引出孔引出。為避免高溫模具對引出線18造成損壞，引出線采用陶瓷管、石棉管兩層保護。
【主權項】
1.一種薄板高溫成形極限試驗裝置，其特征在于，包括:壓板組件、凹模組件、凸模組件、導向支撐組件、加熱組件和密封組件，所述壓板組件設置于上下兩側，所述密封組件設置于所述壓板組件和導向支撐組件上，所述凹模組件設置于所述密封組件內，所述凸模組件設置于所述壓板組件上，所述加熱組件設置于所述凹模組件和凸模組件中。2.根據權利要求1所述的薄板高溫成形極限試驗裝置，其特征在于，所述壓板組件包括:上壓板，下壓板，所述凹模組件包括:上凹模與下凹模，所述凸模組件包括:凸模、壓力傳感器和支柱，所述導向支撐組件包括:第一導柱、第二導柱、氮氣彈簧和支撐板，所述加熱組件包括:環(huán)形加熱棒、熱電偶和線性加熱棒，所述密封組件包括:上密封圈和下密封圈。3.根據權利要求2所述的薄板高溫成形極限試驗裝置，其特征在于，所述上壓板與下壓板分別設置在上下兩側，所述上壓板四角各設置一第一導柱分別與下壓板四個角連接。4.根據權利要求2所述的薄板高溫成形極限試驗裝置，其特征在于，所述上凹模設置于所述上壓板底面中部，所述上密封圈設置于上壓板底面邊緣處。5.根據權利要求2所述的薄板高溫成形極限試驗裝置，其特征在于，多個所述第二導柱、氮氣彈簧設置于所述下壓板頂面，多個所述第二導柱與氮氣彈簧以下壓板中心為圓心，交錯間隔45°排列。6.根據權利要求2所述的薄板高溫成形極限試驗裝置，其特征在于，所述支撐板設置于所述第二導柱與氮氣彈簧頂部，所述下凹模設置于所述支撐板頂面中部，所述下密封圈設置于所述支撐板頂面邊緣處。7.根據權利要求2所述的薄板高溫成形極限試驗裝置，其特征在于，所述上凹模和下凹模均設有夾層，所述環(huán)形加熱棒設置于所述夾層內，所述上凹模、下凹模和支撐板中部均設有圓形通孔。8.根據權利要求2所述的薄板高溫成形極限試驗裝置，其特征在于，所述支柱設置于所下壓板頂面中部，所述支柱與所述下壓板之間設有所述壓力傳感器。9.根據權利要求2所述的薄板高溫成形極限試驗裝置，其特征在于，所述凸模設置于所述支柱頂部，所述凸模形狀為半球形，所述凸模內中心設置所述熱電偶，所述凸模內以熱電偶為中心間隔90°還設有多個線形加熱棒。10.根據權利要求2所述的薄板高溫成形極限試驗裝置，其特征在于，所述支柱內設有開槽，所述熱電偶和線形加熱棒的引出線路通過開槽導出到外面。
【文檔編號】G01N3/30GK106053259SQ201610320000
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】王寶雨, 校文超, 周靖, 黃鳴東, 康藝
【申請人】北京科技大學