[发明专利]一种获取金属高温温热成形极限曲面图的方法及其测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及金属板材成形技术领域，具体地说是一种获取金属高温温热成形极限曲面图的方法及其测试装置。

背景技术

近年来，由于能源及环境问题加剧，汽车设计制造面临的问题是如何在保证汽车被动安全性的前提下实现汽车轻量化，从而提高汽车燃油经济性，降低尾气排放。优化汽车结构设计、使用新型材料及相应的先进制造技术是解决上述问题的主要方法。高强度钢板热冲压成形技术是一项新型的专门用于成形高强度钢板的先进制造技术，可以生产更薄但强度更高的零件，抗拉强度可达1500MPa以上且无回弹，形状精准度较高，在国外已被广泛应用于生产汽车上的结构件，如汽车的前后保险杠、A、B、C柱、车门防撞梁等。此外，镁、铝合金等轻质金属的温成形技术也被广泛用于生产汽车车身零部件。而国内对于温、热成形技术的研究才刚刚起步。

在温、热成形技术中，均需将金属板材加热至一定温度，随后采用特殊模具对高温板料进行冲压成形。特别地，在热成形技术中，需将高强度钢板加热到奥氏体温度，保温一定时间，使其充分奥氏体化，然后将板料快速冷却至最佳成形温度，并迅速转运到带有冷却系统的模具中进行冲压成形并保压淬火，得到最终的零件。

成形性是板料在成形过程中不发生破裂的能力，反映了材料在成形过程中所能取得的最大变形程度。在温、热成形过程中，若成形工艺参数选择不合适，比如压边力过大，开始成形温度不合适，无润滑等等，板料成形性变差，即出现颈缩甚至破裂，导致成形零件不满足使用要求。随着计算机及有限元技术的发展，常采用CAE软件对板料的成形过程进行数值模拟预测，并引入相应的成形极限判定准则，判断零件的成形性是否满足要求，从而指导模具设计改型及过程工艺参数优化，缩短产品开发周期。

在传统的冷冲压过程中，通常采用成形极限曲线（FLC-Forming Limit Curve）作为判定准则来描述板料的成形性。然而热成形过程是一个非等温的过程，在成形的过程中板料温度根据接触情况及变形条件不断变化，板料在该过程中的成形性主要受温度、成形速率等因素的影响，因此采用单一温度、成形速率下的成形极限曲线来评价热成形过程中板料的成形性是不准确的。

综合考虑热成形原理及成形极限受温度、成形速率影响，申请号为201110082554.7、201210238542.3的专利均提到了成形极限试验装置及如何获取成形极限图，但现有的板材高温成形极限的装置和测试方法很难准确获得高强度钢板在温热成形工艺下的高温温热成形极限曲面图（TFLD-Temperature Forming Limit Diagram），主要不足体现在均不能模拟热成形实际过程，即板料奥氏体化之后缺乏必要且有效的板料快速冷却装置将板料快速冷却至测试温度，导致板料发生组织转变。另外，申请号为201220130204.3的专利提出的方法是使用感应线圈对板料进行加热，虽然成形之前使用空气喷嘴对板料进行冷却，但此时板料与已预热的模具相接触，模具会间接发生降温，从而很难保证模具温度保持恒定不变，使得测定的成形极限不准确。另外，对于测定不含防氧化涂层钢板高温温热成形极限时，现有技术中缺乏必要的防氧化装置，导致成形之后网格不可见。而且现有技术中也未见提出一种适用于评价温、热成形等温或非等温成形过程中的零件成形性的有效方法。

发明内容

根据上述提出的技术问题，提供一种获取金属高温三维成形极限曲面图的方法及其TFLD试验装置。

本发明采用的技术手段如下：

一种获取金属高温温热成形极限曲面图的方法，其特征在于：所述方法包括获取高强度钢板热成形过程高温温热成形极限曲面图和获取轻质合金温成形过程高温温热成形极限曲面图；

所述获取高强度钢板热成形过程高温温热成形极限曲面图的方法包括如下步骤：

①将温度在900～950℃的试样在冷却速度大于50℃/s的条件下冷却至测试温度后，取出试样移至模具上待处理，测试温度范围在500～800℃之间；

②试样快速冷却至预设的测试温度时，在模具内进行等温或非等温成形冲压胀形，当试样出现颈缩或者破裂时，停止试验；

③重复步骤①～②，获取高温温热成形极限全域曲线；通过应变测量分析装置获取不同尺寸试样变形数据进行分析，计算变形试样的第一主应变和第二主应变，最后对应变结果进行拟合获取金属高温温热成形极限曲面图；

所述获取轻质合金温成形过程高温温热成形极限曲面图的方法包括如下步骤：