[发明专利]一种热介质胀形试验机

说明书

技术领域

本发明属于液压机械及仪表自动化测量技术领域，特别涉及一种热介质胀形试验机。

背景技术

近年来，轻量化、节能降耗、绿色制造对航空航天及汽车领域提出了更高要求。铝合金、钛合金、镁合金、铝锂合金及复合材料等轻质材料得到了广泛应用，但这些材料在室温下塑性差，应用传统技术难以成形。板材热介质成形技术集热成形与充液成形优点于一身，特别适合于上述轻质材料成形。特点在于流体压力作为重要的工艺参数参与到板材成形中，板材成形极限得到显著提高。适用于板材热介质成形的力学性能测试手段成为制约该技术发展的瓶颈。

高温单向拉伸试验机是模拟板材热环境下单轴应力应变关系广泛采用的试验设备。单向拉伸力学性能具有普遍性，也是目前板材热介质成形所采用的主要测试方法之一，但这是检测设备条件限制所采取的折中方法。采用板材胀形获取应力应变曲线较单向拉伸更适用于板材热介质成形。首先，胀形试验可以获得比单向拉伸试验大的多的均匀应变，原因在于胀形试验中载荷失稳较单向拉伸滞后，且受温度影响小；其次，材料高温单向拉伸应力呈现随应变迅速递减现象，由于高温下颈缩极易产生，因此难以判断应力减小是温度引起的真实材料软化，还是非均匀变形更加严重；最后，胀形试验中板材拱形顶点为双向拉伸应力状态，且流体压力作为第三向应力参与成形，较单向拉伸与板材热介质成形具有工艺相似性。高温双轴拉伸试验机是板材获取应力应变曲线的另一重要试验设备。采用双轴拉伸测试材料力学性能，试样通常为十字形。限于该技术特点，试样两轴间夹角处易产生应力集中，且每轴仍具有单向拉伸提前颈缩的缺点。另外，该技术也没有考虑流体压力的影响。采用高温单向拉伸试验机与高温双轴拉伸试验机获得板材应力应变曲线用于板材热介质成形存在较大误差。

中国发明专利“一种塑胶拉伸应力应变测试方法及装置”(公开号CN 101762682)，提出了采用气体胀形塑胶圆片获得应力应变曲线的方法，并提出了实现该方法的装置，包括压紧系统、拉伸系统、测量系统、温控系统和数据处理系统。该发明对其他材料测试不具备通用性，且试验手段涉及一种装置，而不是一种功能系统化的试验机。

研究者(S.Mahabunphachai，M.Koc.Investigations on forming of aluminum 5052and 6061 sheet alloys at warm temperatures.Materials and Design，2010，31：2422-2434.)设计了胀形获取铝合金板材应力应变曲线的简易装置，由四部分组成：液压或气压系统(泵、压力传感器、变送器)，胀形工装(上下模直径均为100mm，圆角半径6.5mm)，加热系统(加热管、温度控制器和热电偶)，非接触测量系统(激光位移传感器、立体视觉摄像机)。该简易装置胀形模具上下模通过12个螺栓连接。模具加热采用加热管，未设置恒温保护装置，模具与环境存在热交换，板材试验温度难以保证。

发明内容

本发明目的是为了克服上述缺点，提供一种热介质胀形试验机，由高温压力介质使板材胀成拱形，记录拱高和胀形压力，通过数据处理系统计算得出应力应变曲线，该试验机注重于整体机械连接形式、部件相对位置关系及系统化功能实现，便于准确测试板材应力应变关系。

一种热介质胀形试验机，包括底座、立柱、中间横梁、上横梁、加热炉、压边缸、高压介质产生装置、胀形装置、板材拱高测量装置、压力测量装置、冷却装置、温度检测装置、防氧化装置和数据处理系统；

立柱安装在底座上，上横梁固定在立柱的顶端，中间横梁固定在底座和上横梁之间的立柱上；

加热炉包括箱体、加热炉顶盖、保温层、加热单元、隔热垫板、防溅隔板和拱高测量口，箱体固定在中间横梁上，箱体中部形成加热炉的工作腔，加热炉顶盖连接于箱体上方，保温层固定在箱体上，加热单元固定保温层上；防溅隔板位于保温层外侧，位于加热炉的最内侧，固定在加热炉顶盖下表面与中间横梁上表面，将加热单元与工作腔隔开；隔热垫板位于工作腔下端，固定在中间横梁上；拱高测量口位于加热炉顶盖上；

温度检测装置包括温度传感器，温度传感器检测加热炉的工作腔、板材、压力介质及胀形装置的温度；

压边缸安装在上横梁上，压边缸下端连接冷却隔板，冷却隔板连接顶出杆的一端，顶出杆的另一端穿过加热炉顶盖上预留的孔，连接胀形上模；

胀形装置包括胀形上模和高压介质模腔，胀形上模与高压介质模腔位于防溅隔板围成的工作腔内，胀形上模固定在顶出杆上，高压介质模腔固定在隔热垫板上；