[发明专利]用于薄板热成形性能试验中试样失稳的检测方法和装置

说明书

技术领域：

本发明属于金属塑性加工成形技术领域，具体涉及一种用于薄板热成形性能试验中试样失稳的检测方法和装置。 

背景技术：

板料热成形技术是利用金属薄板在热状态下的良好塑性，通过模具及外力作用而使板料成形的一种加工方法，该技术具有高效率和高材料利用率的特点。热成形的工艺包括奥氏体化处理、从加热炉转移到成形机、热成形和淬火、剪边处理等。奥氏体化处理在有保护气氛的加热炉中进行，板材被加热到高于Ac3的温度(通常900～950℃)进行成形，保温3～10min，保温时间根据板材的厚度而定，之后迅速冷却从而全面提升钢板强度，屈服度达1000Mpa之高，每平方厘米能承受10吨以上的压力。热成形板料有极高的材料强度及延展性，一般的高强度钢板的抗拉强度在400～450MPa左右，而热成形钢材的抗拉强度可达到1300～1600Mpa，为普通钢材的3～4倍，其硬度仅次于陶瓷，但又具有钢材的韧性。热成形借助于温度、压力及时间等工艺来加工零件，充分利用材料在加热状态下的软化与蠕变性能，使塑性提高，以降低成形力和改善成形性，避免开裂，减少回弹。 

热成形钢板具有很好的材料成形准确度，消除材料回弹的影响，可以实现复杂的形状。由于热成形钢板的特殊性质，并且是加热后成形，因此可以在一道工序完成普通冷冲压成形需多道工序才能完成的复杂形状。一次成形的工艺好处在于可以确保钢板在加工过程当中，钢板内部纤维流向不必受到二次受力的冲击，保证钢板保持最好的强度和韧度，而且在零件成形后进行快速冷却，零件成形后的回弹量很小，极大地提高了材料成形准确度，更好的保证了零件尺寸精度，为下一步的加工打下良好的基础。 

热成形的应用范围：低塑性材料；整体或局部变形量过大的零件；处于强化状态的材料；回弹大的材料；热处理变形过大的零件；高强度或厚板料；要求尺寸和形状稳定的零件；刚度小，但准确度要求高的零件；成形系数超过标准的新结构；变厚板、带肋板和复合板等。板料热冲压是在冷冲压的基础上发展起来的一种新型成形工艺，整个过程涉及几何非线性、材料非线性、边界条件非线性等高度非线性问题，与传统板料冷冲压过程不同的是，在高温成形后的冷却保压过程中存在着温度、组织转变、应力三个方面的相互作用。拉深、胀形、扩孔(翻边)和弯曲是冲压最基本的四种成形方式，各自具有不同特征性质的应力(应变)，而板料的成形性能是决定冲压工艺成败的重要因素。 

成形性能是冲压用钢极为重要的性能之一，它包括基本成形性能和模拟成形性能。由于板材成形过程极其复杂多样，是不可能用一两个指标所能概括和确切表征的。基本成形性研 究的是成形性的共性问题，而模拟成形性研究的是成形的特殊性即个性问题。因此，板材的基本性能和模拟成形性能可以分别由基本性能试验和模拟成形性能试验所取得的有关指标来加以表示。 

对板料冲压成形性能进行模拟试验，是一种根据冲压成形技术物理特性，并利用相似性分析、相似性设计以及聚类和分类方法，是针对各种各样的冲压成形制品及其相应的冲压成形工艺过程可能具有的普遍性变形力学性质、冲压成形方式和冲压失稳现象(或冲压成形缺陷)所进行的典型化抽象试验技术。 

用标准拉伸试件求得的基本成形性能，虽有其重要和普遍意义，但由于在生产中直接应用这些参数，往往难以掌握，且对具体生产所要求的性能也难以估计；再者，不少具体成形过程，牵涉到的参数不止一个，往往不能只用一个参数来说明全部问题；因而常求助于与实际生产性质接近的试验方法，即所谓模拟试验，来测定材料对某种工艺的适用性。这些试验比拉伸试验，往往更易于在生产现场进行，为生产人员乐于采用。对于实际的冲压工艺和模具设计更具有指导意义。 

模拟成形性能包括极限拉深直径(LDR)试验、拉深潜力试验(TZP)试验、杯突(Erichsem)试验、KWI扩孔(翻边)试验、拉深—胀形复合成形(CCV)试验和成形极限图(FLD)试验等。模拟热成形试验具体的方法是模拟一种典型热冲压工艺，在板料出现失稳时候试验机停止。根据板料的变形程度来评估板料的成形性能。 

在上述模拟热成形性能试验中，都会碰到如何判断板料在试验过程中出现了的冲压失稳现象。过去冷成形试验中可以采用人工肉眼判断的方法，这种方法的稳定和准确性都不理想，目前已很少使用，而采用透光或压差控制,而对于热成形以上方法均无法使用。所谓透光控制即在板料的一面安装上光源在另一面安装上光信号接收装置，在板料发生破裂时，光透过板料的裂缝到达光信号接收装置，控制成形试验，这种方法控制稳定但这种方式检测到的是板料的开裂，不是失稳。另外对于扩孔试验板料的失稳形式是边裂，光透法无法检测。