[发明专利]一种高温高速金属板材热冲压成形极限测试装置及测试方法

权利要求书

1.一种高温高速金属板材热冲压成形极限测试装置，其特征在于，包括：

高频感应加热箱(1)，用于将高强度钢板样件(2)快速加热到奥氏体温度并实现保温；

机器手臂(3)，集成急冷装置于其上，用于快速冷却高强度钢板样件(2)至测试温度，并用于转运高强度钢板样件(2)至胀形模具进行高温高速成形极限测试；

冲压结构，包括半球形冲头(4)、嵌套设置在所述半球形冲头(4)外侧的压边圈(5)和与所述压边圈(5)相匹配的用于压合成形所述高强度钢板样件(2)的凹模(6)，所述半球形冲头(4)内部设有冲头高功率加热棒(21)和冲头温度传感器(22)；所述压边圈(5)和所述凹模(6)的外围分别设有用于快速加热到测试温度的高频感应线圈，所述压边圈(5)和所述凹模(6)内部分别设有用于实现保温功能的高功率加热棒和温度传感器；

支撑结构，包括上模架(15)和下模架(16)，通过导柱(19)连接以保证装置整体的稳定性；冲头液压缸(14)和压边圈液压缸(13)安装于所述上模架(15)上；所述半球形冲头(4)通过连杆与所述冲头液压缸(14)相连接；所述压边圈(5)通过螺栓与所述压边圈液压缸(13)相连接；所述凹模(6)安装于所述下模架(16)并固定不动；

光学应变测量装置(17)和红外测温仪(18)，均安装于所述下模架(16)的底部，用于测量所述高强度钢板样件(2)在胀形过程中的应变场和温度场；

控制装置(20)，用于协调上述各部件间的运行并分析数据。

2.根据权利要求1所述的高温高速金属板材热冲压成形极限测试装置，其特征在于，所述压边圈(5)的下表面设有圆环形拉延筋，所述凹模(6)的上表面对应所述压边圈(5)拉延筋的位置设有圆环形凹槽，用于避免样件压边后在胀形过程中出现滑移。

3.根据权利要求1所述的高温高速金属板材热冲压成形极限测试装置，其特征在于，所述半球形冲头(4)设有自平衡装置，用于保证胀形过程中的对中性。

4.一种应用权利要求1-3任意一项权利要求所述的测试装置进行高温高速金属板材热冲压成形极限测试的方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、制备不同尺寸喷有黑白耐高温散斑的哑铃型高强度钢板样件(2)；

S2、利用高功率加热棒、高频感应线圈相结合的方式把模具加热至成形极限测试温度并保温，其中，半球形冲头(4)的表面在加热前须均匀涂抹高温润滑剂，根据实际热冲压工艺，高强度钢板样件(2)的测试温度范围选为500～800℃；

S3、采用高频感应加热箱(1)加热高强度钢板样件(2)至奥氏体温度并保温一段时间；

S4、利用集成急冷装置的机器手臂(3)抓取高强度钢板样件(2)并快速冷却至测试温度，随后快速转运至胀形模具上；

S5、压边并胀形成形，胀形速度范围50～300mm/s，在胀形的同时，采用光学应变测量装置(17)和红外测温仪(18)对高强度钢板样件(2)的应变场和温度场进行实时监控采集；

S6、采用基于位置或时间相关的成形极限计算方法获取样件的成形极限数据；

S7、重复步骤S1-S6，获取不同尺寸样件的成形极限数据并建立成形极限图；

S8、重复步骤S1-S7，开展覆盖热成形工艺范围的不同温度、不同成形速度的成形极限测试，建立高强度钢板在不同温度、不同应变率下的高温高速成形极限图。