[發明專利]板材高溫成形極限圖的測試系統及方法

有效

• 申請號: 201210238542.3
• 申請日: 2012-07-10
• 公開（公告）號: CN102749253A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 李學濤;李楠;朱啟建;李本海;朱國森;劉光明;羅家明;林建國
• 申請（專利權）人: 首鋼總公司
• 主分類號: G01N3/28
• 分類號: G01N3/28;G01N3/02
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

本發明涉及金屬板材成形技術領域，具體涉及一種板材高溫成形極限圖的測試系統及方法。

背景技術

隨著日益嚴重的能源危機、環境問題與人們對汽車安全性能要求的不斷提高，節能、環保、安全已成為汽車工業發展的主題。高強度鋼板的熱成形技術是實現車身輕量化和提高車身安全性的先進技術之一，通過車身零件的減薄和高強度的合理匹配，可以有效減輕車身重量，降低油耗，同時提高車身的安全性。高強鋼的熱沖壓成形技術克服傳統冷沖壓成形技術中成形困難、回彈嚴重、形狀不良等難題，可生產高強度、高精度及復雜形狀的汽車零部件。另外，鋁、鎂合金等輕質合金的溫熱成型技術越來越廣泛的應用于車身和航空航天零部件的制造。

成形極限是指板材在塑性失穩前所能達到的最大變形程度。成形極限圖作為判斷板材成形極限的重要依據，被廣泛應用于沖壓工藝和模具設計中。目前板材成形極限圖的測試方法主要是由ISO12004-2標準提出的Nakajima和Marciniak測試方法，其基本原理是：利用沖頭對板材進行沖壓變形，通過改變試樣的幾何形狀尺寸獲得不同的應變狀態，采用網格法或數字圖像相關技術測量試樣斷裂周圍縮頸區域的主、次應變值，從而獲得成形極限圖。Marciniak測試方法使用平沖頭，沖頭與試樣中間增加墊板；Nakajima測試方法則使用半球形沖頭，需要一套復雜的潤滑系統。需要特別指出的是：此標準提出的測試方法主要應用于獲取板材在常溫下的成形極限圖。

由于熱沖壓成形過程中存在復雜的溫度場、應力場、組織轉變等多因素的耦合作用，現有成形極限圖的測試方法很難準確獲得板材在高溫下的成形極限圖，Dahan、Turetta和專利CN201110082554.7等提出獲得板材在高溫下成形極限圖的測試方法均基于Nakajima測試方法，其缺點為：

（1）板料變形區域的溫度難以保持穩定。沖壓變形時，沖頭的不同位置先后與試樣接觸，造成板材的變形溫度下降且不均勻；

（2）高溫下沖頭和模具難以保持足夠的剛性，對沖頭及模具材料的熱力學性能要求高；

（3）難以準確的控制應變速率；

（4）難以消除熱摩擦的影響；

（5）Nakajima測試方法沖壓變形的初始階段為雙向應變狀態，造成FLC上的最低點右移。

發明內容

本發明的目的是，提供一種可準確控制試樣變形區域的溫度和應變速率，且變形區域無摩擦，操作簡單，可準確獲得板材在不同溫度及應變速率下的成形極限圖的板材高溫成形極限圖的測試系統及方法。

本發明的一個方面，提供一種板材高溫成形極限圖的測試系統，包括：雙軸拉伸裝置、材料熱/力模擬試驗裝置及測量分析裝置；

所述雙軸拉伸裝置用于在材料熱/力模擬試驗裝置對試樣進行加熱后，對試樣進行拉伸變形；

所述測量分析裝置用于獲取試樣變形的數據，并對獲取的試樣變形數據進行分析和計算，獲得板材的成形極限圖。

進一步，所述雙軸拉伸裝置包括：

夾具、兩個“井”字形部件、連桿、陶瓷墊片及陶瓷銷；

所述兩個“井”字形部件通過連桿連接；

所述夾具與所述連桿連接，所述夾具用于固定試樣，并在受到一定的載荷或位移時，同步或單軸對試樣進行拉伸運動；

所述“井”字形部件通過陶瓷銷和陶瓷墊片與所述連桿固定連接。

進一步，所述“井”字形部件中心設有一觀察孔；

所述夾具包括兩組水平方向夾具及兩組豎直方向夾具。

進一步，所述材料熱/力模擬試驗裝置為材料拉伸試驗機與加熱設備的一體化裝置或組合裝置。

進一步，所述測量分析裝置包括：

圖像采集設備及測量分析設備；

所述圖像采集設備用于通過所述觀察孔獲取試樣變形的數據；

所述測量分析設備用于通過對比獲取的試樣變形數據中不同變形時刻試樣表面隨機分布的斑點閾值，計算變形試樣的主次應變；

對不同變形試樣應變的計算結果進行多項式擬合，獲得成形極限圖。

進一步，所述試樣包括：

十字形試樣或單軸應變狀態試樣；

所述試樣中間區域減薄，通過改變中間減薄區域的寬度a與長度b的比值a/b，獲得對應不同應變狀態的試樣，拉伸變形量的控制是由試樣的設計來完成的；

所述對應不同應變狀態的試樣，其臂上帶有不同數量的縫隙，厚度變化的過渡部分由圓角過渡。