[发明专利]一种局部加热成形极限试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种局部加热成形极限试验方法，属于材料力学测试工艺及设备技术领域。

背景技术

成形极限实验在表征板材成形性方面具有重要的作用，通过测量成形极限实验后板材上破裂点附近的主应变可以绘制成形极限图，对板料实际成形工艺具有重要的指导作用。随着塑性加工技术的发展，很多板材需要在加热状态下进行塑性成形，要表征板材在加热状态下的成形性能，热成形极限实验必不可少。板料在实际热成形过程中受力状态复杂，为了表征其真实的成形性能，除了比例成形加载状态下的热成形极限实验外，还应当进行各种非比例加载路径的热成形极限实验。

目前的热成形极限方法是在加热环境中的Naka球面胀形或者Marciniak平面方法，要对模具和整个试件加热，该方法通常加热时间较长，而且受摩擦等因素影响很大，有时候断裂首先发生在非主要变形区，不能首先实现在所关心的主要变形区的断裂，而且实验中应变的测量很不方便。常用的Naka球面胀形和Marciniak平面方法，在常温下要进行非比例加载路径的成形极限实验比较复杂（通常要先对试件进行预加载，然后对预加载后的试件进行二次加工，再对加工后的新试件进行实验），在加热状态下非比例加载路径更加难以实现。

因此，提出一种方便加热和测量，而且实验过程中能够实现在所关心的主要变形区首先发生破裂，容易实现各种比例和非比例加载路径的成形极限实验方法是十分必要的。

发明内容

为克服现有成形极限方法和技术存在的上述问题，本专利申请提供了一种局部加热成形极限试验方法，它能够对所关心的主要变形区在不同的温度状态下对材料进行各种比例和非比例加载路径试验，可进行热变形成形极限的研究。

一种局部加热成形极限试验方法，本方法在常用的球面胀形法、Marciniak平面法或双向拉伸试验装置上对试件上所关心的主要变形区进行局部加热，以双向拉伸试验装置上采用十字形试件的中心变形区局部加热为例，包含双向拉伸试验装置、可控温加热装置、计算机控制系统，其特征在于：在双向拉伸试验中，利用计算机控制温度可调的加热装置，对置于双向拉伸试验装置中的十字形试件的中心主要变形区进行局部加热，并通过计算机控制双向拉伸装置能够有效的实现对十字形试件不同加载路径的比例和非比例双向拉伸，即实现中心区的各种比例和非比例加载路径。

综上所述，本发明一种局部加热成形极限试验方法，它可以采用球面胀形法、Marciniak平面法或十字形试件的双向拉伸试验法实现；这里以十字形试件的双向拉伸试验法为例，该方法具体步骤如下：

步骤一：十字形试件的装夹

用双向拉伸试验装置上四组拉伸装置中的夹紧装置分别夹紧十字形试件的四端，保证装夹位置的正确性即试件的两条垂直中线与四组拉伸装置中线重合。

双向拉伸试验装置包含分别位于十字形试件的四个方向上的四组相同的拉伸装置，每组的拉伸行程为0-220mm，每组拉伸装置通过一套传动机构将电机主轴转动转化为对力传感器的拉伸，力传感器的另一端与夹紧装置相连接，最终实现夹紧装置的移动，对十字形试件进行各种不同加载路径试验。

步骤二：双向拉伸试验装置及激光发射器的相关参数设定

通过计算机控制系统设定双向拉伸试验装置的加载方式即两个方向上的加载比例和激光发射器的功率、激光扫描路径及速度等参数。

双向拉伸试验装置的两个方向上可以通过计算机的载荷控制或应变控制实现1:1、1:2、1:3等多种比例的加载方式。

采用局部加热方式对十字形试件中心的主要变形区进行加热，温度和加热区面积大小可以根据需要进行控制，调整激光功率1-1000W，扫描速度1-50mm/s，可使试件表面温度快速达到200-1148℃。进行试件中心区的加热可以采用常见的加热方法，如激光、电磁、红外，热电偶等方法。以激光辅助加热的研究超高强度钢成形极限的双拉试验为例，将可控温激光加热装置的功率调节到300W，扫描速度设定为6.5mm/s,则发射的激光束使中心区的照射温度瞬时达到700℃以上，超高强度钢试件中心区组织中析出奥氏体，可提高中心区的塑性变形能力，并降低该部位的抗拉强度，使断裂发生在中心位置。

步骤三：试件的双向加载拉伸和中心区的加热

计算机控制系统控制双向拉伸试验装置按预设加载路径对十字形试件进行双向拉伸，并同时控制激光发射器沿指定路径对中心区进行加热，使加热区域达到并保持在预定温度范围。