专利名称：测定镁合金板料塑性成形性能的装置及其方法
技术领域：
本发明涉及轻合金板料塑性成形技术领域，尤其涉及一种测定镁合金板料塑性成形性能的装置及其方法。
背景技术：
镁合金是目前世界上最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚度均高、导热导电性能好、阻尼减震性和电磁屏蔽性都很强、废料易回收等优点，广泛应用于航空航天、电子和汽车等行业，被誉为“21世纪的绿色工程金属结构材料”。由于镁是密排六方晶体结构， 常温下镁合金塑性差，很难成形，因此大部分镁合金制品都是通过铸造的方法成型，很少采用塑性加工的方法成型，这就限制了镁合金的应用范围。研究表明，随着温度的升高，镁合金再结晶开始发生，滑移系增多，塑性大大提高，这就为镁合金热成形工艺提供了可能。近年来，镁合金板料热冲压成形已成为镁合金应用新的研究热点。通过塑性加工的方法得到的镁合金热冲压制品具有良好的力学性能和表面质量，因此镁合金热冲压成形工艺将有着更广泛的应用范围。镁合金板料的塑性成形性能是确定镁合金热冲压成形工艺的依据，并决定着其加工的成败。为了衡量不同镁合金材料的热冲压成形能力，需要测定镁合金板料的塑性成形性能。镁合金板料冲压成形时，板料需要加热到一定的温度(大约150 300°C )，因此需要测定镁合金板料在不同温度下的塑性成形性能，这与测定常温条件下成形材料的塑性成形性能的方法和装置有所不同。对于常温条件下成形的金属板料，其塑性成形性能的测定可以采用国家标准GB/ T4156-1984 “金属杯突试验方法”进行。其测试方法是用头部为规定尺寸球形的凸模，将夹紧在凹模与压边圈间的试样压入凹模内，直至出现穿透试样厚度的裂缝为止。测量凸模顶端压入试样的深度作为杯突值，用以反映材料在拉胀成形时的塑性变形性能。金属杯突实验适用于测定厚度为0. 2 2mm、宽度等于或大于90mm金属板和带的塑性变形性能。杯突实验通常都是在专用设备杯突实验机上进行的。对于铝合金板料，其塑性变形性能的测定可以采用有色金属行业标准YS/T 419-2000 “铝及铝合金杯突试验方法”，该标准适用于 0. Imm 3mm厚的铝及铝合金板料、带、箔材。铝杯突试验与金属杯突试验方法和装置基本相同，对于厚度大于2mm的铝板，铝杯突试验用的凹模尺寸有所不同。以上测定金属板材塑性成形性能的杯突试验都是在常温下(10 30°C )进行的， 显然不能用于测定镁合金板材在一定温度条件下的塑性成形性能。另外，杯突实验都是在专用设备杯突试验机上进行的，要求设备提供一定的夹紧力，这就使得杯突试验很难在通用的材料试验机上进行。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术试验方法不能测定镁合金板材在特定温度条件下的塑性成形性能，以及试验需要专用设备的问题；提供一种测定镁合金板料塑性成形性能的装置及其方法；能够测定不同厚度的镁合金板料从室温到300°C之间，以不同变形速度、不同润滑条件下的塑性成形性能。该试验可以在各种通用材料试验机或液压机上进行，不需要提供夹紧力或压边力，试验装置具有结构简单、更换试件方便等优点。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种测定镁合金板料塑性成形性能的装置，包括冲头，底座，凹模，凹模与底座联接，凹模通过压边圈与底座联接，凹模与压边圈的中间为圆孔，在凹模圆孔外侧的平面与压边圈圆孔外侧的平面对应位置处分别设有相配合的凹槽和凸台。所述凹槽为设在压边圈靠近边缘位置处的圆环形凹槽，所述凸台为设在凹模上的与圆环形凹槽相配合的圆环形凸起。所述凹模与压边圈通过螺栓连接。底座两侧设侧槽，与底座侧槽相对应的压边圈两侧设侧壁，压边圈的侧壁与底座的侧槽配合连接。压边圈的前部安有把手。把手便于组装体插入模架和从模架抽出。压边圈上加工试件定位槽。定位槽便于试件定位。所述冲头，底座，凹模，压边圈设在加热箱内，加热箱上壁设有开口 I，加热箱下壁设有开口 II。冲头通过加热箱的下壁的开口 II固定在工作台上，冲头从底座的圆孔进入， 冲头与圆孔之间为间隙配合、在安装实验装置时可以方便固定冲头和模架的位置。加热箱采用电阻丝加热，加热箱内设有风扇鼓风热循环；所述加热箱采用PID控制。一种测定镁合金板料塑性成形性能的方法，包括以下步骤1)将镁合金板料试件放置在压边圈上，把凹模放置在试件上面，将凹模和压边圈连接并压紧形成一组装体，在压边圈凹槽和凹模凸台作用下、试件边缘形成一圈压边筋；2)通过压边圈侧壁与底座侧槽之间的配合将凹模、试件和压边圈的组装体与底座连接形成整体试验装置；3)将整体试验装置放到加热箱内、通过联接机构与试验机的上横梁联接，加热箱放在试验机工作台的垫板上，冲头与垫板联接、并从加热箱下壁的开口中伸入加热箱内腔； 调整使冲头与试件接触；4)将加热箱的各开口密封，关闭加热箱门，设定试件需要加热的温度，然后给加热箱通电加热；加热到设定温度后，保温10分钟使试件温度趋于稳定；5)设置冲头与凹模的相对移动速度，启动试验机，试件在冲头的作用下发生纯胀形变形；6)当试件发生裂纹或者试验力突然下降时，立即停机，记录冲头的运动行程，即试件胀形的高度。此高度值大小反映了镁合金板料在当前温度下的塑性成形性能。7)分离冲头与凹模，打开加热箱门，将凹模、试件和压边圈的组装体从底座上抽出，松开凹模和压边圈的联接将试件取下。在冲头和/或者试件上涂抹润滑剂。这样能够改进镁合金板料塑性成形性能并能确定润滑剂对成形性能的影响。本发明的使用和工作原理该试验在通用材料试验机上或普通液压机上进行，试验机不需要提供额外的压边力或夹紧力。将凹模、试件和压边圈的组装体插入到模架底座
4上、形成一个整体试验装置，将试验装置放置在加热箱内，试验装置通过拉杆穿过加热箱上壁的开口固定在上横梁上；冲头通过加热箱的下壁的开口固定在工作台上，冲头与圆孔之间为间隙配合、在安装实验装置时可以方便固定冲头和模架的位置。加热箱放置在工作台上，不需要固定，加热箱可以设定从室温到300°C之间的任一温度值并保持恒定温度。凹模和压边圈的组装体通过压边圈两侧的侧壁插入到模架底座侧槽内与模架连接，方便更换试件。压边圈的前部安有把手，方便组装体插入模架和从模架抽出。压边圈上加工试件定位槽，便于试件定位。压边圈外边缘加工一圈压边筋凹槽，凹模对应的外边缘处加工一圈压边筋凸台，将镁合金板料试件放置在具有定位槽的压边圈上面，把凹模放置在试件上面，压边圈上的凹槽与凹模的凸台位置对应，将凹模和压边圈用力压紧固定，通过连接凹模和压边圈螺栓的预紧力的作用下，试件在压边槽处发生塑性变形，压边圈的凹槽与凹模的凸台之间的试件压制出一圈压边筋。本发明的有益效果1.本发明能够对不同厚度的从室温到300°C之间不同温度下的镁合金板料，以不同变形速度、不同润滑条件下的塑性成形性能进行测定试验。2.该试验可以在各种通用材料试验机或液压机上进行，不需要提供夹紧力或压边力，试验装置具有结构简单、更换试件方便。
图1是本发明测定镁合金板料塑性成形性能的装置的示意图。其中，1、试验机工作台，2、垫板，3、加热箱，4、冲头，5、底座，6、压边圈，7、试件，8、 凹模，9、螺栓，10、立柱，12、模板，13、拉杆，15、压板，19、试验机上横梁，22、侧槽，23、侧壁。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。一种测定镁合金板料塑性成形性能的装置，如图1所示，图中试验机工作台1，垫板2，加热箱3，冲头4，底座5，压边圈6，试件7，凹模8，螺栓9，立柱10，模板12，拉杆13，压板15，试验机上横梁19，侧槽22，侧壁23。凹模8与压边圈6的中间为圆孔，在凹模的圆孔外侧的平面与压边圈圆孔外侧的平面对应位置处分别设有相配合的凹槽和凸台，所述底座 5、压边圈6、凹模8通过螺栓9联接，底座5通过立柱10与模板12联接，模板12通过拉杆 13与压板15联接，压板15与试验机上横梁19联接。所述凹槽为设在压边圈6靠近边缘位置处的圆环形凹槽，所述凸台为设在凹模8上的与圆环形凹槽相配合的圆环形凸起。底座5 两侧设侧槽22，与底座5侧槽22相对应的压边圈6两侧设侧壁23，压边圈6的侧壁23与底座的侧槽22配合连接。压边圈6的前部安有把手，把手便于组装体插入模架和从模架抽出。压边圈6上加工试件定位槽，定位槽便于试件定位。所述冲头4，底座5，凹模8，压边圈 6设在加热箱3内，加热箱3上壁设有开口 I，加热箱3下壁中心位置设有开口 II，加热箱3 采用电阻丝加热，配以风扇鼓风热循环，加热箱3采用PID控制。一种测定镁合金板料塑性成形性能的方法是，包括以下步骤1.将镁合金板料试件7放置在具有定位槽的压边圈6上面，把凹模8放置在试件 7上面，用内六角螺栓将凹模8和压边圈6连接在一起，压边圈6上表面外边缘有一圈压边筋的凹槽，凹模8下表面相对应的位置有一圈压边筋的凸台，旋紧螺栓9，在螺栓预紧力的作用下，凹模8和压边圈6将它们中间的试件7压制出一圈压边筋，试件7上的压边筋可以阻止试验过程中试样边缘的金属向凹模孔内流动，保证试验过程中镁合金板料的变形为纯胀形。2.将凹模8、试件7和压边圈6的组装体插入到模架的底座5上，压边圈6的侧壁与底座5的侧槽配合连接，组装体可以方便地插入到模架的底座5上或者从底座5上抽出，方便试件的更换。3.整个模架被放置在一个加热箱3内，模架的上端有两个拉杆从加热箱3 上壁的两个孔洞中穿过并固定在试验机上横梁19上。加热箱3放置在试验机工作台1上面的垫板2上。端部为球形的冲头4从加热箱3下壁的孔洞中穿过并固定在垫板2上。试验开始之前，调整试验机工件台1或者试验机上横梁19的位置，使冲头4与试件7接触。 4.关上加热箱3的门，设定试件7需要加热的温度，然后给加热箱3通电开始加热，当加热到设定温度后，等待10分钟使加热箱3内的温度趋于稳定，然后就可以进行试验了。5.设置试验机工作台1向上运动的速度，然后就可以启动试验机，试验机工作台向上运动，试验机工作台带着加热箱3和冲头4 一起向上运动，而试验机上横梁19和试验模架保持静止。 6.试件7在冲头4的作用下发生纯胀形变形，当试件7发生裂纹或者试验力突然下降时，立即停机，记录冲头4的运动行程，即试件胀形的高度，此高度值大小反映了镁合金板料在当前温度下的塑性成形性能。7.试验结束后，将试验机工件台1下移，打开加热箱3门，将凹模8、试件7和压边圈6的组装体从模架的底座5上抽出，旋下连接凹模8和压边圈6的螺栓，将试件取下，接着可以装入下一个试件进行下一个试验。将试件从加热箱3内取下以及更换试件7，更换试件后，加热箱内温度可以在较短时间内升高到设定的温度。当需要确定润滑剂对成形性能的影响时，可以在冲头4和试件7上涂抹润滑剂。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式
进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
权利要求
1.一种测定镁合金板料塑性成形性能的装置，包括冲头，底座，凹模，凹模与底座联接， 其特征是，凹模通过压边圈与底座联接，凹模与压边圈的中间为圆孔，在凹模圆孔外侧的平面与压边圈圆孔外侧的平面对应位置处分别设有相配合的凹槽和凸台。
2.如权利要求1所述的测定镁合金板料塑性成形性能的装置，其特征是，所述凹槽为设在压边圈靠近边缘位置处的圆环形凹槽，所述凸台为设在凹模上的与圆环形凹槽相配合的圆环形凸起。
3.如权利要求1所述的测定镁合金板料塑性成形性能的装置，其特征是，所述凹模与压边圈通过螺栓连接并压紧。
4.如权利要求1所述的测定镁合金板料塑性成形性能的装置，其特征是，所述底座两侧设侧槽，与底座侧槽相对应的压边圈两侧设侧壁，压边圈的侧壁与底座的侧槽配合连接。
5.如权利要求1所述的测定镁合金板料塑性成形性能的装置，其特征是，所述压边圈的前部安有把手。
6.如权利要求1所述的测定镁合金板料塑性成形性能的装置，其特征是，所述冲头，底座，凹模，压边圈设在加热箱内，加热箱上壁设有开口 I，加热箱下壁设有开口 II。
7.如权利要求6所述的测定镁合金板料塑性成形性能的装置，其特征是，所述加热箱采用电阻丝加热，加热箱内设有风扇鼓风热循环；所述加热箱采用PID控制。
8.采用权利要求1所述装置测定镁合金板料塑性成形性能的方法，包括以下步骤1)将镁合金板料试件放置在压边圈上，把凹模放置在试件上面，将凹模和压边圈连接并压紧形成一组装体，在压边圈凹槽和凹模凸台作用下、试件边缘形成一圈压边筋；2)通过压边圈侧壁与底座侧槽之间的配合将凹模、试件和压边圈的组装体与底座连接形成整体试验装置；3)将整体试验装置放到加热箱内、通过联接机构与试验机的上横梁联接，加热箱放在试验机工作台的垫板上，冲头与垫板联接、并从加热箱下壁的开口中伸入加热箱内腔；调整使冲头与试件接触；4)将加热箱的各开口密封、关闭加热箱门，设定试件需要加热的温度，然后给加热箱通电加热；加热到设定温度后，保温10分钟使试件温度趋于稳定；5)设置冲头与凹模的相对移动速度，启动试验机，试件在冲头的作用下发生纯胀形变形；6)当试件发生裂纹或者试验力突然下降时，立即停机，记录冲头的运动行程，即试件胀形的高度；7)分离冲头与凹模，打开加热箱门，将凹模、试件和压边圈的组装体从底座上抽出，松开凹模和压边圈的联接将试件取下。
9.如权利要求8所述的测定镁合金板料塑性成形性能的方法，其特征是，在冲头和/或者试件上涂抹润滑剂。
全文摘要
本发明公开了一种测定镁合金板料塑性成形性能的装置；包括冲头，底座，凹模，凹模通过压边圈与底座联接，凹模与压边圈的中间为圆孔，在凹模圆孔外侧的平面与压边圈圆孔外侧的平面对应位置处分别设有相配合的凹槽和凸台。所述凹槽为设在压边圈靠近边缘位置处的圆环形凹槽，所述凸台为设在凹模上的与圆环形凹槽相配合的圆环形凸起。所述冲头，底座，凹模，压边圈设在加热箱内，加热箱上壁设有开口I，加热箱下壁设有开口II。冲头通过加热箱的下壁的开口II固定在工作台上；本发明还公开了测定镁合金板料塑性成形性能的方法；该试验可以在各种通用材料试验机或液压机上进行，不需要提供夹紧力或压边力，试验装置具有结构简单、更换试件方便等优点。
文档编号G01N3/28GK102384876SQ20111037234
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者吕良, 宋立彬, 赵国群, 马新武 申请人:山东大学