[发明专利]板材高温成形极限图的测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属板材成形技术领域，具体涉及一种板材高温成形极限图的测试系统及方法。

背景技术

随着日益严重的能源危机、环境问题与人们对汽车安全性能要求的不断提高，节能、环保、安全已成为汽车工业发展的主题。高强度钢板的热成形技术是实现车身轻量化和提高车身安全性的先进技术之一，通过车身零件的减薄和高强度的合理匹配，可以有效减轻车身重量，降低油耗，同时提高车身的安全性。高强钢的热冲压成形技术克服传统冷冲压成形技术中成形困难、回弹严重、形状不良等难题，可生产高强度、高精度及复杂形状的汽车零部件。另外，铝、镁合金等轻质合金的温热成型技术越来越广泛的应用于车身和航空航天零部件的制造。

成形极限是指板材在塑性失稳前所能达到的最大变形程度。成形极限图作为判断板材成形极限的重要依据，被广泛应用于冲压工艺和模具设计中。目前板材成形极限图的测试方法主要是由ISO12004-2标准提出的Nakajima和Marciniak测试方法，其基本原理是：利用冲头对板材进行冲压变形，通过改变试样的几何形状尺寸获得不同的应变状态，采用网格法或数字图像相关技术测量试样断裂周围缩颈区域的主、次应变值，从而获得成形极限图。Marciniak测试方法使用平冲头，冲头与试样中间增加垫板；Nakajima测试方法则使用半球形冲头，需要一套复杂的润滑系统。需要特别指出的是：此标准提出的测试方法主要应用于获取板材在常温下的成形极限图。

由于热冲压成形过程中存在复杂的温度场、应力场、组织转变等多因素的耦合作用，现有成形极限图的测试方法很难准确获得板材在高温下的成形极限图，Dahan、Turetta和专利CN201110082554.7等提出获得板材在高温下成形极限图的测试方法均基于Nakajima测试方法，其缺点为：

（1）板料变形区域的温度难以保持稳定。冲压变形时，冲头的不同位置先后与试样接触，造成板材的变形温度下降且不均匀；

（2）高温下冲头和模具难以保持足够的刚性，对冲头及模具材料的热力学性能要求高；

（3）难以准确的控制应变速率；

（4）难以消除热摩擦的影响；

（5）Nakajima测试方法冲压变形的初始阶段为双向应变状态，造成FLC上的最低点右移。

发明内容

本发明的目的是，提供一种可准确控制试样变形区域的温度和应变速率，且变形区域无摩擦，操作简单，可准确获得板材在不同温度及应变速率下的成形极限图的板材高温成形极限图的测试系统及方法。

本发明的一个方面，提供一种板材高温成形极限图的测试系统，包括：双轴拉伸装置、材料热/力模拟试验装置及测量分析装置；

所述双轴拉伸装置用于在材料热/力模拟试验装置对试样进行加热后，对试样进行拉伸变形；

所述测量分析装置用于获取试样变形的数据，并对获取的试样变形数据进行分析和计算，获得板材的成形极限图。

进一步，所述双轴拉伸装置包括：

夹具、两个“井”字形部件、连杆、陶瓷垫片及陶瓷销；

所述两个“井”字形部件通过连杆连接；

所述夹具与所述连杆连接，所述夹具用于固定试样，并在受到一定的载荷或位移时，同步或单轴对试样进行拉伸运动；

所述“井”字形部件通过陶瓷销和陶瓷垫片与所述连杆固定连接。

进一步，所述“井”字形部件中心设有一观察孔；

所述夹具包括两组水平方向夹具及两组竖直方向夹具。

进一步，所述材料热/力模拟试验装置为材料拉伸试验机与加热设备的一体化装置或组合装置。

进一步，所述测量分析装置包括：

图像采集设备及测量分析设备；

所述图像采集设备用于通过所述观察孔获取试样变形的数据；

所述测量分析设备用于通过对比获取的试样变形数据中不同变形时刻试样表面随机分布的斑点阈值，计算变形试样的主次应变；

对不同变形试样应变的计算结果进行多项式拟合，获得成形极限图。

进一步，所述试样包括：

十字形试样或单轴应变状态试样；

所述试样中间区域减薄，通过改变中间减薄区域的宽度a与长度b的比值a/b，获得对应不同应变状态的试样，拉伸变形量的控制是由试样的设计来完成的；

所述对应不同应变状态的试样，其臂上带有不同数量的缝隙，厚度变化的过渡部分由圆角过渡。