一種金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置及成形極限圖建立方法與流程

本發明涉及一種金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置及基于該裝置的金屬板材成形極限圖建立方法，屬于金屬板材成形領域。

背景技術：

成形極限圖是對金屬板材成形性能的一種定量描述，它反映了金屬板材在塑性失穩前所能取得的最大變形程度，是評判金屬板材成形性能的最直接和最簡單的方法。

目前，采用建立成形極限圖的方式能夠解決大部分成形工藝下金屬板材成形性能的評價問題。但是，在現有電磁成形工藝中，需要采用更換不同形狀的線圈的方式來獲得金屬板材在不同應變狀態下的極限應變，更換線圈的方式使得金屬板材成形極限圖的建立標準不統一。除此之外，采用更換線圈的方式只能獲得金屬板材在三種應變狀態下的極限應變，無法獲得更多應變狀態下的極限應變，進而導致成形極限圖的精確度較低。因此，在現有電磁成形工藝下，無法建立標準統一的高精確度的成形極限圖。

技術實現要素：

本發明為解決在現有金屬板材電磁成形領域中，無法建立標準統一的高精確度的成形極限圖的問題，提出了一種金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置及基于該裝置的金屬板材成形極限圖建立方法。

本發明所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置包括上固定板1、下固定板2、多個第一支撐體3、墊圈4、加熱套圈5、凹模6、多個第二支撐體7、多個壓縮彈簧8、升降平臺和放電單元；

上固定板1與下固定板2相對設置，多個第一支撐體3均豎直設置在上固定板1與下固定板2之間，多個第一支撐體3的兩端均分別與上固定板1和下固定板2固連，多個第一支撐體3沿著下固定板2的外緣均勻分布；

在下固定板2的中部設置有第一通孔，第一通孔的兩個開口端分別位于下固定板2的上表面和下表面上，墊圈4固定設置在下固定板2的上表面上，加熱套圈5套在墊圈4的外環面上；

在凹模6的中部設置有第二通孔，第二通孔的兩個開口端分別位于凹模6的上表面和下表面上，凹模6設置在墊圈4的上表面上，并在多個壓縮彈簧8的共同作用下與墊圈4貼合；

第一通孔、墊圈4的空心部和第二通孔相對并形成通腔；

多個第二支撐體7均豎直設置在上固定板1與凹模6之間，多個第二支撐體7的兩端均分別與上固定板1和凹模6固連，多個第二支撐體7沿著凹模6的外緣均勻分布，多個壓縮彈簧8分別套在多個第二支撐體7上；

升降平臺包括底座9和位于底座中央的升降部10，下固定板2設置在底座9上，升降部10位于第一通孔中，在升降部10的上表面上水平設置有單匝線圈11，在單匝線圈11的上端面上設置有驅動板12，在驅動板12上設置有絕緣布13；

所述金屬板材包括第一板材至第N板材，第一板材至第N板材的材質、形狀和大小均相同，在第二板材至第N板材的表面上均設置有兩個通孔，位于同一板材上的兩個通孔相同，該板材的中心點為該兩個通孔的中心連接線的中點，第二板材至第N板材上的通孔按照由小到大的順序依次設置，N為正整數且大于等于4；

在進行電磁溫熱驅動成形極限試驗時，第一板材至第N板材中的任意一個板材設置在墊圈4與凹模6之間，其中部與驅動板12相對；

放電單元包括交流電源14、電容15、第一開關16和第二開關17，交流電源14的正極同時與電容15的一端和單匝線圈11的一個引線端相連，交流電源14的負極與第一開關16的一端相連，第一開關16的另一端同時與電容15的另一端和第二開關17的一端相連，第二開關17的另一端與單匝線圈11的另一個引線端相連。

本發明所述的金屬板材成形極限圖建立方法基于上述金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置實現，所述方法包括：

步驟一、采用電腐蝕打標機同時在第一板材至第N板材的上表面上蝕刻網格，并分別對蝕刻后的第一板材至第N板材實施下述步驟二至步驟五；

步驟二、調整壓縮彈簧8并將板材緊密地設置在墊圈4與凹模6之間；

步驟三、采用加熱套圈5將板材加熱到T1℃，24＜T1≤300；

步驟四、啟動升降部10，使單匝線圈11進入墊圈4內；

步驟五、將第一開關16閉合，第二開關17斷開，當電容15充電完成后，將第一開關16斷開，第二開關17閉合，當板材發生極限應變后，取下板材；

步驟六、分別采集極限應變后的第一板材至第N板材的應變數據，采用應變分析軟件對采集到的應變數據進行處理，并生成成形極限圖。

本發明所述的裝置及方法無需采用更換不同形狀的線圈的方式來獲得金屬板材在不同應變狀態下的極限應變，使得金屬板材成形極限圖的建立標準統一；通過在金屬板材的表面上設置兩個通孔，能夠獲得成形極限曲線上的應變狀態；通過將第二板材至第N板材上的通孔按照由小到大的順序依次設置，在金屬板材電磁成形的過程中，可產生從單向拉伸應變狀態到雙等拉伸應變轉態的轉變，進而能夠獲得金屬板材在多種應變狀態下的極限應變，由此而建立的金屬板材成形極限圖的精確度較高。因此，基于本發明所述的裝置并使用本發明所述的方法能夠解決在現有金屬板材電磁成形領域中，無法建立標準統一的高精確度的成形極限圖的問題。

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發明所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置及成形極限圖建立方法進行更詳細的描述，其中：

圖1為金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置的縱向剖面圖；

圖2為依次堆疊的第一板材至第五板材的尺寸圖；

圖3為凹模的仰視圖；

圖4為凹模的縱向剖面圖；

圖5為墊圈的俯視圖；

圖6為墊圈的縱向剖面圖；

圖7為上固定板的俯視圖；

圖8為上固定板的縱向剖面圖；

圖9為下固定板的仰視圖；

圖10為下固定板的縱向剖面圖；

圖11為單匝線圈的結構示意圖；

圖12為工作中的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置的縱向剖面圖；

圖13為金屬板材成形極限圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置及成形極限圖建立方法作進一步說明。

實施例一：下面結合圖1、圖2和圖11詳細地說明本實施例。本實施例所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置包括上固定板1、下固定板2、多個第一支撐體3、墊圈4、加熱套圈5、凹模6、多個第二支撐體7、多個壓縮彈簧8、升降平臺和放電單元；

上固定板1與下固定板2相對設置，多個第一支撐體3均豎直設置在上固定板1與下固定板2之間，多個第一支撐體3的兩端均分別與上固定板1和下固定板2固連，多個第一支撐體3沿著下固定板2的外緣均勻分布；

在下固定板2的中部設置有第一通孔，第一通孔的兩個開口端分別位于下固定板2的上表面和下表面上；

墊圈4固定設置在下固定板2的上表面上，加熱套圈5套在墊圈4的外環面上；

在凹模6的中部設置有第二通孔，第二通孔的兩個開口端分別位于凹模6的上表面和下表面上，凹模6設置在墊圈4的上表面上，并在多個壓縮彈簧8的共同作用下與墊圈4貼合；

第一通孔、墊圈4的空心部和第二通孔相對并形成通腔；

多個第二支撐體7均豎直設置在上固定板1與凹模6之間，多個第二支撐體7的兩端均分別與上固定板1和凹模6固連，多個第二支撐體7沿著凹模6的外緣均勻分布，多個壓縮彈簧8分別套在多個第二支撐體7上；

升降平臺包括底座9和位于底座中央的升降部10，下固定板2設置在底座9上，升降部10位于第一通孔中，在升降部10的上表面上水平設置有單匝線圈11，在單匝線圈11的上端面上設置有驅動板12，在驅動板12上設置有絕緣布13；

所述金屬板材包括第一板材、第二板材、第三板材、第四板材和第五板材，第一板材、第二板材、第三板材、第四板材和第五板材均為圓形且直徑和厚度均相等；

在第二板材上設置有第三通孔和第四通孔，第三通孔與第四通孔均為圓形，直徑均為D1，二者的圓心位于第二板材的同一條直徑上，且與第二板材的圓心的間距相等；

在第三板材上設置有第五通孔和第六通孔，第五通孔與第六通孔均為圓形，直徑均為D2，二者的圓心位于第三板材的同一條直徑上，且與第三板材的圓心的間距相等；

在第四板材上設置有第七通孔和第八通孔，第七通孔與第八通孔均為圓形，直徑均為D3，二者的圓心位于第四板材的同一條直徑上，且與第四板材的圓心的間距相等；

在第五板材上設置有第九通孔和第十通孔，第九通孔與第十通孔均為橢圓形，短軸均為D3，二者的中心點位于第五板材的同一條直徑上，且與第五板材的圓心的間距相等，二者的長軸互相平行；

D1＜D2＜D3；

在進行電磁溫熱驅動成形極限試驗時，第一至第五板材中的任意一個設置在墊圈4與凹模6之間，其中部與驅動板12相對；

放電單元包括交流電源14、電容15、第一開關16和第二開關17，交流電源14的正極同時與電容15的一端和單匝線圈11的一個引線端相連，交流電源14的負極與第一開關16的一端相連，第一開關16的另一端同時與電容15的另一端和第二開關17的一端相連，第二開關17的另一端與單匝線圈11的另一個引線端相連。

本實施例中的第一板材的直徑為180mm，厚度為1mm。

本實施例采用單匝線圈替代現有金屬板材電磁成形裝置中的平板螺旋線圈，與平板螺旋線圈相比，單匝線圈的結構簡單，加工制作方便，使用壽命長。

在本實施例中，通過更換不同型號的壓縮彈簧能夠精確地調節凹模對金屬板材邊緣的壓力，該壓力簡稱壓邊力，進而為金屬板材獲得極限應變提供有效的壓邊力，能夠最大程度地減少在金屬板材電磁成形的過程中，因壓邊力不合適而影響金屬板材獲得極限應變問題的發生。

本實施例的驅動板上設置有絕緣布，能夠解決因驅動板被高溫金屬板材加熱而影響金屬板材成形速率的問題。

本實施例所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置在現有電磁成形方法的基礎上，采用整體式單匝線圈替代現有的平板螺旋線圈，通過設置壓縮彈簧實現對凹模的壓邊力的精確調節，通過設置加熱套圈實現對金屬板材的預熱，并通過采用特殊設計的第一至第五板材來獲取金屬板材在電磁溫熱高速率下的成形極限。

實施例二：下面結合圖1詳細地說明本實施例。本實施例是對實施例一所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置進一步的限定。

本實施例所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置，在墊圈4的內環面上設置有隔熱圈18。

本實施例中設置在墊圈內環面上的隔熱圈用于防止單匝線圈在進入墊圈內部后被加熱而縮短使用壽命。

實施例三：下面結合圖3和圖5詳細地說明本實施例。本實施例是對實施例一所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置進一步的限定。

本實施例所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置，在墊圈4的上表面和凹模6的下表面上均設置有拉延筋19。

本實施例中的墊圈的上表面和凹模的下表面上均設置有兩條拉延筋，拉延筋的設置有助于改善電磁成形中的金屬板材上各處的變形狀態，使金屬板材成形更加均勻。

實施例四：下面結合圖4和圖6詳細地說明本實施例。本實施例是對實施例一所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置進一步的限定。

本實施例所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置，在墊圈4的上表面設置有至少一個定位盲孔20，在凹模6的下表面上設置有至少一個定位柱21，定位盲孔20與定位柱21的數量相等，且相互匹配。

本實施例中的定位盲孔和定位柱相互匹配，用于在將凹模安裝在墊圈上的過程中準確定位。

實施例五：下面結合圖3、圖4、圖7至圖10詳細地說明本實施例。本實施例是對實施例一所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置進一步的限定。

本實施例所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置，第一支撐體3的兩端分別與上固定板1和下固定板2螺紋連接；

第二支撐體7的兩端分別與上固定板1和凹模6螺紋連接。

螺紋連接是一種廣泛使用的可拆卸的固定連接，具有結構簡單、連接可靠和裝拆方便等優點。

實施例六：本實施例是對實施例一所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置進一步的限定。

本實施例所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置，單匝線圈11的一個引線端和另一個引線端均通過高溫導線分別與電容15的一端和第二開關17的另一端相連；

在墊圈4上還設置有通槽22，用于高溫導線的走線。

本實施例中的單匝線圈通過高溫導線與放電單元相連，高溫導線的設置增強了所述金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置的電氣部分的穩定性。

實施例七：本實施例是對實施例一所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置進一步的限定。

本實施例所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置，驅動板12的材質為銅或鋁。

本實施例中的驅動板為圓形，其直徑為98mm，厚度為1mm；

本實施例中的驅動板的材質為銅或鋁，銅和鋁均具有優良的導電性和延展性，且價格較低。

實施例八：下面結合圖12和圖13詳細地說明本實施例。本實施例所述的金屬板材成形極限圖建立方法基于實施例一所述的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置實現。

本實施例所述的金屬板材成形極限圖建立方法包括：

步驟一、采用電腐蝕打標機同時在第一板材、第二板材、第三板材、第四板材和第五板材的上表面上蝕刻網格，并分別對蝕刻后的第一板材、第二板材、第三板材、第四板材和第五板材實施下述步驟二至步驟五；

步驟二、調整壓縮彈簧8并將板材緊密地設置在墊圈4與凹模6之間；

步驟三、采用加熱套圈5將板材加熱到200℃；

步驟四、啟動升降部10，使單匝線圈11進入墊圈4內；

步驟五、將第一開關16閉合，第二開關17斷開，當電容15充電完成后，將第一開關16斷開，第二開關17閉合，當板材發生極限應變后，取下板材；

步驟六、分別采集極限應變后的第一至第五板材的應變數據，采用應變分析軟件對采集到的應變數據進行處理，并生成成形極限圖。

圖12為工作中的金屬板材電磁溫熱驅動成形極限試驗裝置的縱向剖面圖，發生極限應變的板材向上凸起，驅動板12與板材貼合。

實施步驟六后生成的成形極限圖如圖13所示，e1為板材的橫向應變百分比，e2為板材的縱向應變百分比。

采用本實施例所述的金屬板材成形極限圖建立方法，能夠使金屬板材電磁成形極限圖的建立標準化，統一化。

本實施例所述的方法操作簡單方便，通過實施所述建立方法獲得的金屬板材電磁成形極限圖更加精確，能夠為電磁成形生產提供指導依據，具有較強的推廣應用價值。

雖然在本文中參照了特定的實施方式來描述本發明，但是應該理解的是，這些實施例僅是本發明的原理和應用的示例。因此應該理解的是，可以對示例性的實施例進行許多修改，并且可以設計出其他的布置，只要不偏離所附權利要求所限定的本發明的精神和范圍。應該理解的是，可以通過不同于原始權利要求所描述的方式來結合不同的從屬權利要求和本文中所述的特征。還可以理解的是，結合單獨實施例所描述的特征可以使用在其他所述實施例中。