[发明专利]电流场作用下高强超薄板带材成形极限测试方法与装置

说明书

本发明公开了一种电流场作用下高强超薄板带材成形极限测试方法与装置，包括：压边组件、凹模组件、凸模组件、导向支撑组件、加电组件和绝缘组件，所述压边组件设置于凸模组件及凹模组件之间，使用导向支撑组件相连接，压边力由弹簧提供；所述绝缘组件分别设置于凸模、凹模及压边圈外围，通过螺钉与对应模座相连，所述加电组件设置于凹模组件前后两侧。该方法与装置用于测定超薄板带材在不同电流密度下的成形极限曲线；采用变更凸模形状方式改变加载路径，避免了相同电流密度和不同应变路径下试样温度差异的问题；使用多种组合绝缘组件保证电流仅流经工作区域，不会对模具或设备造成影响。

技术领域

本发明属于薄板塑性成形工艺及制备技术领域，具体涉及一种电流场作用下高强超薄板带材成形极限测试方法与装置。

背景技术

高温合金超薄壁构件在航空发动机、核电等领域中占有相当的比重，在结构减量、性能提升等方面发挥着日益重要的作用。比如，用于航空发动机的冲击冷却导管、薄壁毛细管换热器以及异型截面封严环，这些高温合金构件的壁厚通常在0.5mm以下。对于板料，一般定义0.1～0.5mm的为超薄板。由于尺度效应的存在，超薄板在力学性能、成形特性、韧性失效等方面与宏观尺寸的板材有着很大的区别。目前，高温合金超薄壁构件成形道次多、形状稳定性差、缺乏有效的组织性能调控方法，导致零件尺寸及性能与设计目标存在很大的差异，给发动机的安全带来了隐患。

为了解决高温合金超薄板变形抗力大、常温成形性能差等问题，一种行之有效的方法是将电流场引入到其塑性变形过程中，发展了电场辅助固态介质成形、脉冲电流辅助毛细管拉拔和脉冲电流辅助滚压等新工艺，以改变材料的微观物理本质以及宏观变形特性，降低变形抗力。然而，由于高温合金超薄板中元素种类多、析出相复杂、变形激活能呈高度非线性，且受尺度效应的影响，电流场在降低变形抗力的同时往往会损失材料的变形极限，导致成形过程易发生破裂失效，限制了电流辅助塑性成形技术的推广应用。

使用成形极限图对薄板变形情况进行评定是目前最为广泛应用的一种方法。然而，目前尚缺乏电流场作用下成形极限测试方法，在一定程度上限制了电流辅助成形新技术的应用。因此，亟需开发一种电流场作用下高强超薄板带材成形极限进行测试方法与装置。本发明提供的测试方法与装置通过改变凸模尺寸而不是改变试样形状来获得不同应变路径下的极限应变点，能够有效避免相同电流密度和不同应变路径下试样温度分布的差异。开发的装置带有压边功能，通用性好，可在单向拉伸试验机上进行操作，不仅结构紧凑、使用方便，且能有效绝缘，避免了漏电、打火等现象。

发明内容

为了准确测量电流场对高强带材成形极限的影响，本发明提供了一种具有压边、电流输入以及绝缘保护等功能的电流辅助超薄板带材成形极限测试装置，通过改变凸模形状和尺寸来实现不同的应变路径，例如半球形凸模球头部分底面半径R为25mm，球头部分高度H分别取10，25和40mm。在试样上印制圆形网格(例如，选取直径为φ2mm的网格圆)，选取起始破裂位置与裂纹最接近的完整网格，通过单网格应变测量系统测量网格尺寸变化，利用测得的数据计算主应变和次应变。不同应变路径和电流密度下，试样尺寸保持不变。

本发明提供的一种电流场作用下高强超薄板带材成形极限测试装置，包括凸模组件1、压边组件2、凹模组件3、导向支撑组件、加电组件4和绝缘组件；所述压边组件2设置于所述凸模组件1及所述凹模组件3之间，通过导向支撑组件依次连接，压边力由弹簧提供；所述加电组件4设置于所述凹模组件3前后两侧，所述绝缘组件分别设置于所述凸模组件1、压边组件2、凹模组件3外围。

进一步，所述绝缘组件包括凸模绝缘板7、压边绝缘板11、压边绝缘筒12和下模座绝缘板15。

进一步，所述凸模组件1包括夹头5、上模座6、凸模固定板8、凸模9，所述凸模9底部加工台阶，所述凸模固定板8中心为台阶孔，与凸模9底部台阶相配合；凸模9置于凸模固定板8内，凸模固定板8、凸模绝缘板7、上模座6依次固定连接。