[發(fā)明專利]一種局部加熱成形極限試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310319572.1
• 申請(qǐng)日: 2013-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN103398905A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王海波;陳正陽(yáng);李強(qiáng);閻昱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北方工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/18
• 分類號(hào): G01N3/18
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種局部加熱成形極限試驗(yàn)方法，屬于材料力學(xué)測(cè)試工藝及設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

成形極限實(shí)驗(yàn)在表征板材成形性方面具有重要的作用，通過測(cè)量成形極限實(shí)驗(yàn)后板材上破裂點(diǎn)附近的主應(yīng)變可以繪制成形極限圖，對(duì)板料實(shí)際成形工藝具有重要的指導(dǎo)作用。隨著塑性加工技術(shù)的發(fā)展，很多板材需要在加熱狀態(tài)下進(jìn)行塑性成形，要表征板材在加熱狀態(tài)下的成形性能，熱成形極限實(shí)驗(yàn)必不可少。板料在實(shí)際熱成形過程中受力狀態(tài)復(fù)雜，為了表征其真實(shí)的成形性能，除了比例成形加載狀態(tài)下的熱成形極限實(shí)驗(yàn)外，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行各種非比例加載路徑的熱成形極限實(shí)驗(yàn)。

目前的熱成形極限方法是在加熱環(huán)境中的Naka球面脹形或者M(jìn)arciniak平面方法，要對(duì)模具和整個(gè)試件加熱，該方法通常加熱時(shí)間較長(zhǎng)，而且受摩擦等因素影響很大，有時(shí)候斷裂首先發(fā)生在非主要變形區(qū)，不能首先實(shí)現(xiàn)在所關(guān)心的主要變形區(qū)的斷裂，而且實(shí)驗(yàn)中應(yīng)變的測(cè)量很不方便。常用的Naka球面脹形和Marciniak平面方法，在常溫下要進(jìn)行非比例加載路徑的成形極限實(shí)驗(yàn)比較復(fù)雜（通常要先對(duì)試件進(jìn)行預(yù)加載，然后對(duì)預(yù)加載后的試件進(jìn)行二次加工，再對(duì)加工后的新試件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)），在加熱狀態(tài)下非比例加載路徑更加難以實(shí)現(xiàn)。

因此，提出一種方便加熱和測(cè)量，而且實(shí)驗(yàn)過程中能夠?qū)崿F(xiàn)在所關(guān)心的主要變形區(qū)首先發(fā)生破裂，容易實(shí)現(xiàn)各種比例和非比例加載路徑的成形極限實(shí)驗(yàn)方法是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有成形極限方法和技術(shù)存在的上述問題，本專利申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N局部加熱成形極限試驗(yàn)方法，它能夠?qū)λP(guān)心的主要變形區(qū)在不同的溫度狀態(tài)下對(duì)材料進(jìn)行各種比例和非比例加載路徑試驗(yàn)，可進(jìn)行熱變形成形極限的研究。

一種局部加熱成形極限試驗(yàn)方法，本方法在常用的球面脹形法、Marciniak平面法或雙向拉伸試驗(yàn)裝置上對(duì)試件上所關(guān)心的主要變形區(qū)進(jìn)行局部加熱，以雙向拉伸試驗(yàn)裝置上采用十字形試件的中心變形區(qū)局部加熱為例，包含雙向拉伸試驗(yàn)裝置、可控溫加熱裝置、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：在雙向拉伸試驗(yàn)中，利用計(jì)算機(jī)控制溫度可調(diào)的加熱裝置，對(duì)置于雙向拉伸試驗(yàn)裝置中的十字形試件的中心主要變形區(qū)進(jìn)行局部加熱，并通過計(jì)算機(jī)控制雙向拉伸裝置能夠有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)十字形試件不同加載路徑的比例和非比例雙向拉伸，即實(shí)現(xiàn)中心區(qū)的各種比例和非比例加載路徑。

綜上所述，本發(fā)明一種局部加熱成形極限試驗(yàn)方法，它可以采用球面脹形法、Marciniak平面法或十字形試件的雙向拉伸試驗(yàn)法實(shí)現(xiàn)；這里以十字形試件的雙向拉伸試驗(yàn)法為例，該方法具體步驟如下：

步驟一：十字形試件的裝夾

用雙向拉伸試驗(yàn)裝置上四組拉伸裝置中的夾緊裝置分別夾緊十字形試件的四端，保證裝夾位置的正確性即試件的兩條垂直中線與四組拉伸裝置中線重合。

雙向拉伸試驗(yàn)裝置包含分別位于十字形試件的四個(gè)方向上的四組相同的拉伸裝置，每組的拉伸行程為0-220mm，每組拉伸裝置通過一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將電機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為對(duì)力傳感器的拉伸，力傳感器的另一端與夾緊裝置相連接，最終實(shí)現(xiàn)夾緊裝置的移動(dòng)，對(duì)十字形試件進(jìn)行各種不同加載路徑試驗(yàn)。

步驟二：雙向拉伸試驗(yàn)裝置及激光發(fā)射器的相關(guān)參數(shù)設(shè)定

通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)定雙向拉伸試驗(yàn)裝置的加載方式即兩個(gè)方向上的加載比例和激光發(fā)射器的功率、激光掃描路徑及速度等參數(shù)。

雙向拉伸試驗(yàn)裝置的兩個(gè)方向上可以通過計(jì)算機(jī)的載荷控制或應(yīng)變控制實(shí)現(xiàn)1:1、1:2、1:3等多種比例的加載方式。

采用局部加熱方式對(duì)十字形試件中心的主要變形區(qū)進(jìn)行加熱，溫度和加熱區(qū)面積大小可以根據(jù)需要進(jìn)行控制，調(diào)整激光功率1-1000W，掃描速度1-50mm/s，可使試件表面溫度快速達(dá)到200-1148℃。進(jìn)行試件中心區(qū)的加熱可以采用常見的加熱方法，如激光、電磁、紅外，熱電偶等方法。以激光輔助加熱的研究超高強(qiáng)度鋼成形極限的雙拉試驗(yàn)為例，將可控溫激光加熱裝置的功率調(diào)節(jié)到300W，掃描速度設(shè)定為6.5mm/s,則發(fā)射的激光束使中心區(qū)的照射溫度瞬時(shí)達(dá)到700℃以上，超高強(qiáng)度鋼試件中心區(qū)組織中析出奧氏體，可提高中心區(qū)的塑性變形能力，并降低該部位的抗拉強(qiáng)度，使斷裂發(fā)生在中心位置。

步驟三：試件的雙向加載拉伸和中心區(qū)的加熱

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制雙向拉伸試驗(yàn)裝置按預(yù)設(shè)加載路徑對(duì)十字形試件進(jìn)行雙向拉伸，并同時(shí)控制激光發(fā)射器沿指定路徑對(duì)中心區(qū)進(jìn)行加熱，使加熱區(qū)域達(dá)到并保持在預(yù)定溫度范圍。