一種高強鋼板熱成形極限圖的建立方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高強鋼板熱成形極限圖的建立方法，其特征在于包括以下步驟：A.在密封箱3中將試件加熱到950℃，并保溫5分鐘，使其完全奧氏體化，然后令其冷卻到實驗所需測量的溫度；B.采用在密封箱中的脹形模具建立各溫度下高強鋼板單拉、雙等拉、平面應(yīng)變及中間狀態(tài)的成形極限線；C.對于溫度在400℃以下的成形極限線，要以大于臨界冷卻速度vk冷卻到實驗所需測量溫度，以發(fā)生馬氏體相變，并且通過計算得到；D.采用差值方法在origin軟件中將各溫度下成形極限線連接成兩個曲面，定義為三維成形極限面。本發(fā)明所述的熱成形極限圖的建立方法可以判斷高強鋼板熱成形性能，成形極限面越高則高強鋼板的熱成形性能越好。
【專利說明】一種高強鋼板熱成形極限圖的建立方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬板材熱成形加工領(lǐng)域，特別涉及一種金屬板材熱成形極限圖的建立方法，主要用途在于判斷金屬板材熱成形中的破裂，評價金屬板材的成形性能。
【背景技術(shù)】
[0002]高強鋼通常是指冷軋抗拉強度在340MPa之上，熱軋抗拉強度在370MPa之上或者屈服強度在210MPa之上的鋼材。由于比強度高、防撞性能好，在同等安全條件下能夠大幅度減輕汽車重量，因此在汽車制造業(yè)受到廣泛關(guān)注。但是，高強鋼板室溫成形性差，易發(fā)生起皺、開裂等缺陷，因此，通常采用熱成形工藝使其發(fā)生變形獲得合格零件。
[0003]常溫成形過程中，對于板材的成形性評價有多種辦法，其中成形極限圖(FLD)是判斷和評定板材成形性能的最為簡便和直觀的方法，是解決板材沖壓成形問題的一個非常有效的工具。FLD是由板材在不同應(yīng)變路徑下的局部失穩(wěn)極限真實應(yīng)變、和82構(gòu)成的條帶形區(qū)域，全面反映了板材在單向拉應(yīng)力、雙向拉應(yīng)力、平面應(yīng)變及中間狀態(tài)作用下的成形極限。在板材成形中，板平面內(nèi)的兩主應(yīng)變的任意組合，只要落在成形極限圖中的成形極限曲線上，板材變形時就會產(chǎn)生破裂，反之則是安全。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的熱沖壓成形極限實驗，往往是把工件在外部加熱到需求溫度，然后在規(guī)定時間內(nèi)放置到模具中進行脹形實驗。但這樣金屬板脹形實驗時溫度已經(jīng)發(fā)生改變，并且沖頭溫度與試件溫度相差非常大，在沖頭和試件接觸時會發(fā)生熱傳遞，使得實驗結(jié)果有較大誤差。
[0005]然而，由于熱沖壓過程中涉及溫度因素，而不同溫度下材料的塑性變形規(guī)律有很大差別。通常來說，溫度越高，材料塑性越好，屈服強度和抗拉強度越低，因此對于熱沖壓的成形極限而言，不能單純的建立主應(yīng)變和次應(yīng)變的關(guān)系，而應(yīng)考慮溫度效應(yīng)。傳統(tǒng)的熱成形極限圖是由多個不同等溫下的成形極限圖共同組成，每個成形極限圖為主應(yīng)變和次應(yīng)變構(gòu)成，如
【公開日】為:2012年6月12日，發(fā)明名稱為“一種超高強度鋼的熱成形極限的模擬預(yù)測方法”的專利，該專利公開了一種超高強度鋼的熱成形瞬態(tài)成形極限的模擬預(yù)測方法，描述了材料在瞬態(tài)工藝下的主次應(yīng)變，但該專利沒有解決鋼板熱成形極限圖的建立方法這一問題，也就不能準(zhǔn)確評價在熱成形過程中高強度鋼的熱成形性能。
[0006]此外，由于熱沖壓件在變形過程中與模具接觸降溫，各個位置的溫度均不同，呈梯度分布，若仍然采用傳統(tǒng)成形極限圖的建立方法，很難在傳統(tǒng)成形極限圖上評估成形件變溫成形過程中的失穩(wěn)情況。
[0007]因此，盡管傳統(tǒng)成形極限圖能解決大部分金屬板材成形工藝中成形性能的評價問題，其仍然存在局限性，迫切需要一種新的成形極限圖來有效的評價高強鋼板在熱沖壓成形過程中的成形性能，為實際沖壓生產(chǎn)提供指導(dǎo)依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的問題是提供一種高強鋼板熱成形極限圖的建立方法，不僅能解決傳統(tǒng)成形極限圖能解決的成形性能評價問題，還能提供一種可準(zhǔn)確、方便評價高強鋼板熱成形過程中的起皺、破裂問題。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種高強鋼板熱成形極限圖的建立方法，其特征在于包括以下步驟:
[0010]步驟1.在密封箱3中將試件加熱到950°C，并保溫5分鐘，使其完全奧氏體化，然后分別令其冷卻到實驗所需測量的900°c、800°c、70(rc、60(rc、50(rc ；
[0011]步驟2.利用在密封箱中的脹形模具，進行900 V、800 V、700 V、600 V、500 V溫度
下高強鋼板單拉、雙等拉、平面應(yīng)變及中間狀態(tài)的脹形實驗；
[0012]步驟3.在Gleeble-3500熱模擬機上將試件加熱到950度，并保溫5分鐘，使其完全奧氏體化，再分別以大于臨界冷卻速度vk冷卻到實驗所需溫度400°C、300°C、2(rC，以發(fā)生馬氏體相變，進行單拉實驗，測量其伸長率，通過計算得到對于溫度在400°C、30(TC、2(rC的成形極限線；
[0013]步驟4.采用差值方法在 origin 軟件中將 900°C、800°C、700°C、600°C、500°C、400°C、30(TC、2(rC成形極限線連接成曲面，定義為三維成形極限面。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:
[0015]I)本發(fā)明所述的成形極限面的高低可以判斷高強鋼板熱成形性能，成形極限面越高則高強鋼板的熱成形性能越好。
[0016]2)本發(fā)明所述成形極限線上所需的主次應(yīng)變數(shù)值可直接通過數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)技術(shù)測量獲得，即方便又快捷。
[0017]3)本發(fā)明所述密封箱中的模具可以進行更換，可在不同的拉延筋高度下進行試驗。
[0018]4)通過以上技術(shù)方案，具有通過一次試驗就可以完成尋找破裂的優(yōu)勢，并且本發(fā)明的一種高強鋼板熱成形極限圖的建立方法，其在傳統(tǒng)的成形極限圖上增加了溫度變量，能更直觀及準(zhǔn)確的判斷高強鋼板是否能成功成形。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的一種高溫成形極限實驗裝置的示意圖；
[0020]圖2為零件壓邊圈支座的正視剖面圖及俯視圖；
[0021]圖3為一個密封箱支座的正視剖面圖及俯視圖；
[0022]圖4為密封箱支座布置及密封箱輪廓示意圖；
[0023]圖5為400°C以下定義成形極限線所選4個點:單軸拉伸頸縮點(TE)、平面應(yīng)變點(PS )、雙等拉中間點(IM )、雙等拉點(BI);
[0024]圖6為400?850°C試驗條件下各溫度的成形極限線；
[0025]圖7為根據(jù)本發(fā)明提供的方法所建立的熱成形極限圖；
[0026]圖8為修改前，B柱在實驗中，其主、次應(yīng)變值及溫度值在成形極限圖中的位置；
[0027]圖9為增大模具型面臺階處的圓角半徑；
[0028]圖10為修改后，B柱在實驗中，其主、次應(yīng)變值及溫度值在成形極限圖中的位置；
[0029]其中:1_沖頭，2-氣體單向閥，3-密封箱，4-壓邊圈，5-試件，6-凹模，7-凹模壓桿密封圈，8-凹模液壓泵，9-高速攝像頭，10-進氣管，11-紅外感溫裝置，12-通氣孔，13-照明燈，14-鋼化玻璃，15-支架，16-電阻絲，17-壓邊圈支座，18-沖頭桿密封圈，19-密封箱支座，20-沖頭液壓泵。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖1-10和實施例對本發(fā)明作詳細說明。
[0031]為了得到高溫成形極限線，并在保溫和實驗階段保持穩(wěn)定的溫度，防止高強鋼過度氧化，本發(fā)明提供的一種高強鋼板熱成形極限實驗裝置，該裝置包括:沖頭1，氣體單向閥2，密封箱3，壓邊圈4，試件5，凹模6，凹模壓桿密封圈7，凹模液壓泵8，高速攝像頭9，進氣管10，紅外感溫裝置11，通氣孔12，照明燈13，鋼化玻璃14，支架15，電阻絲16，壓邊圈支座17，沖頭液壓泵連桿密封圈18，密封箱支座19，沖頭液壓泵20。
[0032]其中，沖頭液壓泵20、密封箱支座19以及支架15是焊接于底座之上。沖頭液壓泵20的活塞連桿上端具有螺紋，沖頭與活塞連桿之間進行螺紋連接，從而和液壓泵可以進行動力傳輸。
[0033]壓邊圈支座17兩端都有凹槽，下端的凹槽用于與密封箱支座19進行配合，可以定位壓邊圈支座的位置。上端的凹槽與壓邊圈4配合，確定壓邊圈4的位置，同時確定試件5以及凹模6的位置。
[0034]凹模6上用液壓泵8施加壓邊力，對試件進行壓邊。
[0035]鋼化玻璃14安裝與密封箱的頂部，與密封箱存在過盈配合。電阻絲16安裝并固定于密封箱的內(nèi)膽之上。
[0036]密封箱前端有可打開的帶密封裝置門，可以對密封箱內(nèi)部進行操作。
[0037]高速攝像頭9、紅外感溫裝置11以及照明燈13設(shè)置在橫梁上，橫梁安裝在支架15上，可以實現(xiàn)沿支架15上下移動以及固定。
[0038]氣體單向閥2與進氣管10安裝在密封箱壁上，并能實現(xiàn)密封。各個液壓泵連桿與密封箱3之間都有密封圈，如凹模壓桿密封圈7與沖頭液壓泵連桿密封圈18，以保證密封箱的密封性。
[0039]此外，本發(fā)明還提供了利用上述實驗設(shè)備進行測試的方法，具體包括以下步驟:
[0040]步驟1、首先將密封箱3、沖頭液壓泵20按照密封箱支座19的位置裝配好，將沖頭I固定于沖頭液壓泵20的連桿之上。密封箱支座19頂部凸出，用于支撐壓邊圈支座?？梢苑乐箟哼吶χё苯訉⒘ψ饔迷诿芊庀浔谏?，從而導(dǎo)致密封箱變形。
[0041]步驟2、將壓邊圈支座17放置于密封箱支座19上。
[0042]由圖2可以看出，壓邊圈支座呈圓環(huán)狀，如圖4所示，根據(jù)4根密封箱支座就可以確定其相對位置。
[0043]步驟3、在試件5上打上散斑，散斑的物質(zhì)是高溫漆，材料是鎢等耐高溫材料?？梢猿惺軣岢尚螘r鋼板的溫度，可以有效防止在高溫條件下高溫漆脫落而引起失效。
[0044]步驟4、通過壓邊圈支座17頂端的凹槽確定壓邊圈4的位置,從而確定試件5、壓邊圈6的位置。凹模頂部由凹模液壓泵8提供壓邊力，其頂部由頂端板(圖中未畫出)進行固定。根據(jù)各個的實驗需要，還能更換不同的壓邊圈拉延筋高度。
[0045]步驟5、將高速攝像頭9、紅外感溫裝置10、照明燈13安置于支架15上，高速攝像頭沿著攝像頭支架上下移動，完成自動對焦。[0046]步驟6、脹形模具處于密封箱3中，并通過進氣管10和通氣孔12向密封箱內(nèi)通入比空氣密度稍低的保護氣體，用以防止試件5和沖頭I的氧化。
[0047]步驟7、由通氣孔12通入的保護氣體會將空氣從氣體單向閥2中排出；
[0048]該步驟用以有效防止密封箱內(nèi)的模具和試件被氧化。
[0049]步驟8、通過密封箱內(nèi)壁的電阻絲16加熱整個內(nèi)部空間，并通過紅外感溫裝置11測量密封箱內(nèi)溫度。可以控制電流的大小，以達到控制溫度的目的。
[0050]壓邊圈支座以及模具表面都進行了耐高溫處理，表面覆蓋有一層耐高溫隔層。
[0051]由圖1可以看出，沖頭也被整體擱置于密封箱內(nèi)。雖然沖頭整體不能加熱到高溫，但可以保證沖頭表面和工件溫度接近。
[0052]步驟9、直接由高速攝像頭9在線測量實驗過程中任意時刻試件表面的應(yīng)力變。采集出臨界破裂發(fā)生時刻的應(yīng)變值，作為繪制成形極限線的臨界應(yīng)變值。
[0053]基于本發(fā)明的實驗裝置，本發(fā)明還提供了一種高強鋼板熱成形極限圖的建立方法，包括以下步驟:
[0054]步驟1.在密封箱3中將試件加熱到950°C，并保溫5分鐘，使其完全奧氏體化，然后分別令其冷卻到實驗所需測量的900°c、800°c、70(rc、60(rc、50(rc ；
[0055]在400°C以上時，在奧氏體狀態(tài)下變量大，可以直接用本發(fā)明的實驗裝置通過DIC可得到實時的應(yīng)變，從而可得到對應(yīng)溫度的一條成形極限線。因此，該實施例中，分別加熱再冷卻到900 V、800 V、700 V、600 V、500 V，可獲得對應(yīng)溫度下的成形極限線。
`[0056]步驟2.利用在密封箱中的脹形模具，進行900°c、800°c、70(rc、60(rc、50(rc溫度下高強鋼板單拉、雙等拉、平面應(yīng)變及中間狀態(tài)的脹形實驗；
[0057]步驟3.在Gleeble-3500熱模擬機上將試件加熱到950度，并保溫5分鐘，使其完全奧氏體化，再分別以大于臨界冷卻速度vk冷卻到實驗所需溫度400°C、300°C、2(rC，以發(fā)生馬氏體相變，進行單拉實驗，測量其伸長率，通過計算得到對于溫度在400°C、30(TC、2(rC的成形極限線；
[0058]當(dāng)溫度低于400°C以下時，材料會發(fā)生馬氏體相變，而全馬氏體狀態(tài)下變形量很少，通過脹形實驗獲得400°C以下的成形極限線比較困難，因此需通過計算獲得。
[0059]在本實驗中，要測量的溫度為400°C、300°C、20°C。
[0060]下面介紹400°C以下成形極限線的獲得方法:
[0061]從圖5可以看出，如果單軸拉伸頸縮點TE、平面應(yīng)變點PS、雙等拉中間點IM、雙等拉點BI都已知；那么可以得到一條成形極限線。
[0062]單軸拉伸頸縮點(TE)可以用(I)、(2)式計算:.
【權(quán)利要求】
1.一種高強鋼板熱成形極限圖的建立方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1.在密封箱3中將試件加熱到950°C，并保溫5分鐘，使其完全奧氏體化，然后分別令其冷卻到實驗所需測量的900°c、800°c、70(rc、60(rc、50(rc ； 步驟2.利用在密封箱中的脹形模具，進行900 V、800 V、700 V、600 V、500 V溫度下高強鋼板單拉、雙等拉、平面應(yīng)變及中間狀態(tài)的脹形實驗； 步驟3.在Gleeble-3500熱模擬機上將試件加熱到950度，并保溫5分鐘，使其完全奧氏體化，再分別以大于臨界冷卻速度vk冷卻到實驗所需溫度400°C、30(TC、2(rC，以發(fā)生馬氏體相變，進行單拉實驗，測量其伸長率，通過計算得到對于溫度在400°C、300°C、2(rC的成形極限線； 步驟 4.采用差值方法在 origin 軟件中將 900°C、800°C、70(TC、60(rC、50(rC、40(rC、300°C、2(TC成形極限線連接成曲面，定義為三維成形極限面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強鋼板熱成形極限圖的建立方法，其特征在于: 步驟3中，400°C以下成形極限線通過以下方法計算獲得: 第一、計算單軸拉伸頸縮點TE:
【文檔編號】G01N3/18GK103852382SQ201410076641
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】崔俊佳, 孫光永, 李光耀, 劉翔 申請人:湖南大學(xué)