[发明专利]一种高温高速金属板材热冲压成形极限测试装置及测试方法

说明书

本发明提供一种高温高速金属板材热冲压成形极限测试装置及测试方法，装置包括高频感应加热箱；机器手臂；冲压结构，包括内部设有冲头高功率加热棒和冲头温度传感器的半球形冲头、压边圈和凹模的外围设有高频感应线圈，其内部设有高功率加热棒和温度传感器；支撑结构，包括上模架和下模架通过导柱连接；冲头液压缸和压边圈液压缸安装于上模架上；半球形冲头通过连杆与冲头液压缸相连；压边圈与压边圈液压缸相连；凹模安装于下模架并固定不动；光学应变测量装置和红外测温仪和控制装置。本发明可建立完全符合实际工业热冲压工艺流程的高温高速金属板材成形极限图，覆盖工况范围广，适用性强，可有效指导热冲压工艺优化，缩短产品研发周期。

技术领域

本发明涉及金属板材成形技术领域，尤其涉及一种高温高速金属板材热冲压成形极限测试装置及测试方法。

背景技术

节能、环保是当今汽车制造业发展的主题。针对新能源汽车来讲，消费者在购车时会首要关注能耗问题；另一方面，国家已出台相应法规，明确要求轻型汽车在整车出厂时标明油耗标识。因此，车身轻量化将是汽车生产企业关注的重点问题。

采用高强度钢板制造的车身结构件，在实现车身减重的同时还能保证整车的碰撞安全性。另一方面，高强度钢板较高的性价比也促使其成为汽车生产企业为实现轻量化而首选的材料。然而，高强度钢板室温成形性较差，容易出现破裂、回弹大等问题，因此，在实际生产中常采用热冲压成形技术对上述问题予以解决。同时，需要指出，随着生产工艺的日臻完善，铝镁等高强度轻质合金在未来汽车轻量化领域也会得到大量的应用。

热冲压成形是一个板料温度连续变化的过程，同时为了保证板料的成形性和最终产品的质量，需保证高强度钢板在奥氏体状态完成冲压成形。可以看出，高强度钢板热冲压成形是一个热-力-相耦合的复杂过程。而在高温下，高强度钢板的力学性能将表现出显著地温度、应变率相关性。因此，对于热冲压钢板的成形性评价，需充分考虑温度和应变率对材料成形性能的影响。

成形极限图是评价板料成形性能最为直观和有效的方法之一，它反映了板料在发生破裂前所能承受的最大塑性变形能力。在热冲压数值仿真中，采用成形极限图作为评价高强度钢板在成形过程中是否发生破裂的准则，可有效指导成形工艺和模具几何的优化设计，从而有效保证冲压产品的质量，同时缩短新产品的研发周期。

为研究适用于热冲压的成形极限图，申请号为201110082554.7的中国专利公开了一种建立超高强硼钢板高温成形极限图的试验装置及试验方法。该专利首先将模具加热到试验温度，随后将样件通过压边圈和凹模之间连接件的夹紧力进行固定，该夹紧样件的操作方式不能保证每次施加的夹紧力相同，且每次操作时需人工进行样件的手动更换，实验效率低，操作风险和难度较大；另一方面，因模具温度低于样件温度，因此样件与模具间存在热交换，这必然导致样件温度的不均匀，进而引起样件力学性能的差异，造成测量结果的不准确；同时，高温样件没有进行防氧化处理，高温变形过程中钢板氧化现象严重，因此样件表面上的网格在实验结束后可能变得模糊不清，不利于后续成形极限的计算；另一方面，试验拉深速度控制在10～20mm/s，该速度低于实际工业热冲压工况，因此不能全面满足热冲压样件成形性的评价需求。

申请号为201410076406.8的中国专利公开了一种金属板材热成形极限实验装置及测试方法。该专利将模具和样件置于密封箱中，利用密封箱内壁的电阻丝加热整个内部空间，以实现模具和样件的同时加热与冷却。该加热方式加热效率低，能源耗费高；另一方面，为保证热冲压产品的力学性能，热冲压过程需先将高强度钢板样件加热到900℃以上，随后快速冷却至指定温度进行成形，以防止高温奥氏体样件发生相变，而该专利无法实现样件的快速降温，所建立的成形极限曲线与实际热冲压工艺不符；该专利也没有考虑应变率对高强度钢板高温成形性能的影响；另一方面，该专利没有考虑冲头与样件间的润滑，在胀形过程中样件很容易发生边缘破裂，导致测试结果不准确。