[发明专利]一种厚向应力作用下的板材起皱性能试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于热介质成形技术及材料试验技术领域，具体涉及一种厚向应力作用下的板材起皱性能试验装置及方法。

背景技术

热介质成形技术是21世纪初期得到迅速发展，成为最具创新性的塑性成形技术之一。热介质成形采用温热流体介质作为传力介质，并以此代替部分模具成形零件的一种制造方法。热介质成形具有热成形与流体成形的双重优点，在流体压力诱导的厚向应力参与下，材料的塑性和延展性显著提高，屈服强度迅速下降，破裂倾向减小，鉴于这些优点，越来越多的研究者对热介质成形技术展开了更深入的研究工作。板材在成形过程中会出现起皱、破裂等缺陷，国内外研究者也在为解决板材在成形过程中的缺陷而努力。材料的抗皱性能是材料的一个重要成形性能，常温状态下已经有吉田青太试验作为材料的评估标准，而在热流体介质提供厚向应力作用的成形环境中对材料进行抗皱性能测试还是一个难题，也没有进行相应测试的试验装置和评估标准。

常规研究材料抗皱性能的方法是吉田青太方板拉伸试验，一般对100×100mm的方板沿对角轴线进行拉伸，夹持宽度为40mm，拉伸后根据起皱高度、皱纹分布、拉伸点变形量、载荷等数据来分析材料的抗皱性能。这是常规的起皱试验方法，不适用于流体压力提供厚向应力作用下的板材的抗皱性能测试，且对高温环境下材料的抗皱性能测试不具备通用性。

发明内容

本发明的目的是为了解决常规实验方法不适用于流体压力提供厚向应力作用下的板材的抗皱性能测试，和高温环境下材料的抗皱性能测试。本发明在常规实验方法的基础上进行改进，提出了一种高温流体提供厚向应力的起皱试验装置，并配合试验装置提出了一套材料抗皱性能评估标准。

一种厚向应力作用下的板材起皱性能试验装置，包括密闭箱体、拉伸装置、流体压力系统、加热系统、冷却系统、压力测量系统、温度测量装置和数据采集处理装置；

密闭箱体包括箱体、固定模具、箱体盖板、闭合油缸和垫块；箱体中心具有凹腔，凹腔分为上、下两个部分，下部凹腔侧面开有凹槽，上部凹腔两个对称侧面分别设有一个拉伸杆安装孔，每个拉伸杆安装孔与一个拉伸杆配合；上部凹腔另外两个对称侧面分别设有一个固定模具，用来夹持和固定试验板材；箱体盖板和箱体固定连接，箱体盖板与箱体之间设有高温密封圈，箱体底部固定在垫块上，垫块安装固定在机架上；

设有两套拉伸装置，对称设置，两个拉伸杆处于同一条直线上，拉伸装置包括主缸、活塞、拉伸杆、支撑块、试件夹头和位移传感器；拉伸杆水平穿透箱体的拉伸杆安装孔，位于工作腔内部的拉伸杆的端头通过固定有试件夹头，用于连接并预紧方板试验件，拉伸杆的另一端均位于箱体外，连接活塞，活塞设置在主缸中，支撑块固定在箱体的外壁表面，用于支撑拉伸杆；主缸固定在底座上，底座和机架连接在一起；在拉伸杆上设置有位移传感器，用于测量试验时的拉伸位移；

加热系统包括保温层、加热单元和防溅隔板；保温层、加热单元和防溅隔板依次安装在密闭箱体的下部凹腔的凹槽中，防溅隔板与上部凹腔的内部侧壁相平齐，并与凹腔的底部内壁、上部凹腔的内部侧壁之间分别进行固定，使保温层、加热单元和防溅隔板之间形成加热室，上部凹腔的内部侧壁、防溅隔板的外壁、凹腔的底部内壁与箱体盖板内壁之间形成工作腔；

流体压力系统包括流体压力产生装置和溢流阀；流体压力产生装置包括低压腔和高压腔，高压腔通过高压管路与工作油腔相连，流体压力产生装置将高压流体压入工作油腔，低压腔与溢流阀连接，通过设定溢流阀的压力，控制工作油腔中的压力；

压力测量系统通过高压管路与工作油腔相通，固定在箱体外壁上，用于测量试验时油腔中的实际压力；

温度测量装置固定在箱体外壁上，热电偶伸入工作油腔中用于测量工作油腔中的实际温度；

在箱体壁上开出冷却水孔，通循环冷却水对箱体外壁进行冷却，形成冷却系统；

数据采集处理装置通过线路分别与压力测量系统、温度测量装置连接，用于实时采集、处理和显示试验过程中的压力和温度数据。

应用上述装置在厚向应力作用下的板材起皱试验方法，具体包括以下几个步骤：

步骤一：准备多组100×100mm的方板试样，试样分为两个固定区和两个夹持区，固定区在箱体内的固定模具上固定，夹持区在试件夹头上夹持固定，夹持宽度均为40mm，在试样的拉伸轴线上标记出长度为75mm的测量基准区，拉伸时的相对伸长记为λ₇₅；

步骤二：将箱体盖板与箱体装配在一起并且固定，盖板与箱体间用高温密封圈密封，驱动闭合油缸，使油缸产生压力压紧箱体盖板，保证工作油腔处于密封状态；