杆（14)、固连在拉杆（14)上端的 凹模（26)，拉杆（14)下端与所述主液压缸（13)的主活塞杆（16)相连接；设置在凹模（26) 下端的设有拉延筋的压边圈（29)通过呈滑动配合的穿过工作台（8)的顶杆（20)与所述副 液压缸（17)的副活塞杆（19)相连接；在工作台（8)上与凹模（26)和压边圈（29)同轴固 设的凸模（21);所述的试样（27)放置于凹模（26)和压边圈（29)之间；在工作台（8)上还 固设有下加热炉（23)和上加热炉（25)，上、下加热炉之间的高温密封圈（24)，构成容纳所 述凹、凸模具的工作空间； 所述的应变测量装置，包括通过支架（2)固设在所述上加热炉（25)上端面上方的具有 配套高速图像分析处理系统的摄像机（1)和以下的目镜（3)、物镜（4)、滤光片（5)，摄像机 ⑴、目镜⑶、物镜⑷和滤光片（5)的光轴通过上加热炉（25)上端面设置的装有石英玻 璃的中心孔（6)与所述的凹、凸模同轴；与摄像机（1)的图像分析处理系统通讯连接的数据 分析处理器（31); 所述的数据分析处理器（31)与所述的控制器（32)通讯连接，传输应变信号至控制器； 控制器（32)分别通过伺服驱动器和限压阀与所述的主液压缸（13)和所述的副液压缸（17) 控制连接，以驱动所述的凹模（26)和压边圈（29)作直线往复运动。
2. 根据权利要求1所述的高温恒应变速率条件下成形极限图的测试装置，其特征在 于，在所述的上加热炉（25)上端面上通过装有石英玻璃的斜孔设有照明光源（30)。
3. 根据权利要求1所述的高温恒应变速率条件下成形极限图的测试装置，其特征在 于，在所述的上加热炉（25)上端面内侧设置有与所述拉杆（14)上端面接触配合的支杆 (27)，凭借拉杆（14)的上下移动以及上加热炉（25)的自身重力，实现上、下加热炉的开合。
4. 根据权利要求1所述的高温恒应变速率条件下成形极限图的测试装置，其特征在 于，所述的上加热炉（25)上端面与内壁和下加热炉（23)下端面与内壁设有加热元件，上加 热炉（25)和下加热炉（23)外侧壁和端面由隔热层和金属壳构成。
5. 根据权利要求1所述的高温恒应变速率条件下成形极限图的测试装置，其特征在 于，在所述的下加热炉（23)的下端面设有柔性波纹管（9)，波纹管（9)与上加热炉（25)和 下加热炉（23)围成密闭空间；下加热炉（23)上设有与抽真空装置相连接的出口管（22)， 用于实现加热装置内部的真空环境，还设有与氩气瓶相连接的入口管（7)，用于通入氩气为 冲压后所述模具和试样提供防氧化保护并冷却。
6. 根据权利要求1所述的高温恒应变速率条件下成形极限图的测试装置，其特征在 于，在所述的主液压缸（13)和副液压缸（17)上分别设有主限位开关（15)和副限位开关 (18)〇
7. -种基于权利要求1所述的测试装置建立高温恒应变速率条件下成形极限图的试 验方法，其特征在于包括以下步骤： a.将中心点处标记有十字形图案的试样（27)置于测试装置中所述的压边圈（29)上， 使其十字形图案的交叉点与模具轴线重合、十字形图案线段分别与第一主应力和第二主应 力的方向一致，启动加热至测试温度并保温； b.在保证试样中心处应变速率恒定的条件下，对试样进行冲压成形，当试样出现颈缩 或破裂时，停止试验； C.对冲压后的试样变形数据进行分析和测量，获得颈缩或破裂区域的第一主应变和第 二主应变； d. 更换不同规格尺寸的试样，重复步骤a-c，获得对应此应变速率条件下的板材温热 成形极限曲线； e. 按照设定间隔改变试样中心处应变速率值，重复步骤a-d，获得对应不同应变速率 的高温成形极限曲线，通过拟合获得对应此测试温度下的板材温热成形极限曲面。
8. 根据权利要求7所述的高温恒应变速率条件下成形极限图的试验方法，其特征在 于，所述的试样（27)选自68/115825.8(2008)，试样长度为180111111，宽度分别为20、40、60、 80、100、120、140、160和180mm的9种规格，涵盖成形极限图中从单向拉伸到双向等拉的应 力状态范围，采用激光标刻机对试样（27)进行圆形栅格绘制，圆形栅格直径为2. 5mm，圆形 栅格相切排列，圆形栅格阵列与初始主应力方向一致，并且其中一圆形栅格的圆心须与试 样（27)中心重合，试样（27)中心处圆形栅格中绘制所述的十字形图案，相互垂直的线段交 叉点为试样中心，线段方向分别沿第一主应力和第二主应力方向。
9. 根据权利要求7所述的高温恒应变速率条件下成形极限图的试验方法，其特征在 于，步骤c所述颈缩或破裂区域的第一主应变和第二主应变的获得，是对试样颈缩或破裂 区域的圆形栅格的长轴和短轴的变化进行测量，然后采用如下公式计算变化栅格的第一主 应变和第二主应变：
其中，^为第一主应变，ε 2为第一主应变，Cltl为圆形栅格的初始直径，Cl1为所测量圆 形栅格的长轴长度，d2为所测量圆形栅格的短轴长度。
10. 根据权利要求7所述的高温恒应变速率条件下成形极限图的试验方法，其特征在 于，步骤c所述试样变形数据的分析处理，是通过所述数据分析处理器对被摄像机实时采 集的试样（27)中心处十字形图像进行分析处理，采用如下公式计算试样中心点处区域的 等效应变：
其中，f为试样中心点处等效应变，Itl为十字形图案各个线段的初始长度，1 :为十字形 图案平行于第一主应力线段的长度，I2为十字形图案垂直于第一主应力线段的长度；然后 采用如下公式计算试样中心点处应变速率，
其中，#为试样中心点处应变速率，<:为当前时刻等效应变，,为前一时刻等效应 变（初始时刻等效应变为零），At为所述数据分析处理器采样的时间间隔。
11. 根据权利要求7所述的高温恒应变速率条件下成形极限图的试验方法，其特征在 于，所述控制器对实时应变测量装置提供的试样中心点处应变速率测量值和应变速率设定 值进行比较，然后基于反馈控制原理实时调节执行部件的运动速率，即所述凹模相对凸模 的运动速率，用来保证试样中心点处应变速率的恒定。
12. 根据权利要求7所述的建立恒应变速率条件下高温成型极限图的试验方法，其特 征在于，加热保温以及后续冲压过程在密封真空环境下进行，这样不仅避免试样氧化，更能 避免由于光线在流动热空气中折射引起的图像扭曲。
【专利摘要】本发明涉及一种高温恒应变速率条件下成形极限图的测试装置及试验方法。该装置包括试样形变压力装置、实时应变测量装置和控制器；基于该测试装置建立恒应变速率条件下高温成形极限图的试验方法，是在确保成形温度恒定条件下，实现试样中心点处的应变速率恒定，获得的板材等温条件下成形极限曲面图涵盖一定应变速率范围内的恒应变速率条件下成形极限曲线。具有控制精度高、测量准确的优点，对轻型合金及高强钢温热成形的理论研究和实际应用具有重要意义。
【IPC分类】G01N3-18
【公开号】CN104729928
【申请号】CN201510148641
【发明人】管志平, 管晓芳, 宋玉泉
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月31日