一种便携式金属薄板热冲压模拟装备及其实验方法与流程

1.本发明涉及金属薄板成形、冷却技术领域，特别适用于实验室金属薄板的热冲压模拟、冷却、淬火处理，尤其涉及一种便携式金属薄板热冲压模拟装备及其实验方法。


背景技术：

2.随着科学技术的迅猛发展，为减轻车身重量同时提高其安全性能，汽车用材料向高强度化发展已成为一种必然的趋势。采用高强度钢板替代传统材料，可明显提高能量吸收能力、扩大弹性应变区、增加构件的抗变形能力，在保持高成形性的同时提高了抗凹陷性能，为实现汽车轻量化创造了条件。超高强度钢是使用最为广泛的材料之一，一般组织中含有马氏体，而在实验室研发时，往往通过热处理制备出所需的材料，然后，在冷却或淬火过程中，金属薄板极易发生瓢曲。工业热冲压时，热冲压机器和冲压模具极其昂贵，装配、启动和关闭设备较为复杂，不适宜在实验室放置。另外，冲压时噪音大，消耗能源多，因此，在保证薄板板型的前提条件下找到简单且适宜于实验室薄板冷却或淬火方式非常重要。
3.cn 113275469 a热冲压成型方法，该专利中开了一种热冲压成型方法，首先是将板材冲压具有外轮廓的坯料，然后加热料片至奥氏体化，让有用冲压设备对坯料进行冲压，冲压后进行多步保压淬火以得到产品。这种工艺其实就是间接热成形的一种，需要较为复杂的实验设备和工序，很难作为实验室简单快捷的金属薄板热冲压方案。
4.cn 109943765 a一种高强度铝合金热冲压设备及其工作方法，该专利中提供一种高强度铝合金热冲压设备及其工作方法，以解决现有技术加热炉的进料口始终处于敞开的状态而造成能量的损失，并未提供金属薄板热冲压装备设计和制造方法。


技术实现要素：

5.根据上述技术问题，本发明提供一种低成本、便携式、供实验室科研平台使用的金属薄板冷却或淬火处理用的装备和实验方法。
6.本发明采用的技术手段如下：
7.一种便携式金属薄板热冲压模拟装备，包括支架，所述支架具有上层和下层，所述上层安装有下平面模具，上平面模具的一端与所述上层的一端转动连接，所述下层固定有竖直设置的液压缸，且所述液压缸的输出端与所述上平面模具铰接，所述支架的底部安装有多个脚轮。
8.优选地，所述脚轮为万向脚轮。
9.优选地，所述上平面模具的端部具有转动轴，所述上层上安装有与所述转动轴转动配合的立式轴承座，所述上平面模具通过所述转动轴和所述立式轴承座与所述上层转动连接。
10.优选地，所述上层在具有所述立式轴承座的一端具有向上凸起的台阶，且所述立式轴承座安装在所述台阶上；所述液压缸的输出端与所述上平面模具靠近所述立式轴承座的一侧的下表面铰接。
11.优选地，所述下平面模具通过销钉与所述上层固定连接。
12.优选地，所述上平面模具和所述下平面模具采用高热传导率的钢板坯制成。
13.一种采用便携式金属薄板热冲压模拟装备的实验方法，包括：
14.所述液压缸伸长，使所述上平面模具与所述下平面模具之间展开，所述上平面模具与所述下平面模具之间具有夹角；将加热后的实验薄板送至所述下平面模具；所述液压缸收缩，实现所述上平面模具和所述下平面模具与所述实验薄板薄板贴合，对所述实验薄板进行冷却或淬火，之后取出所述实验薄板。
15.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
16.本发明适用于0～6mm厚的金属薄板加热后进行板形校正、冷却或淬火，同时，可用此装置和方法处理后的实验薄板来测量金属板料经过热冲压后的组织和力学性能(拉伸性能、硬度测定、三点弯曲性能、氢渗透测评等)。
17.该设备以及实验方法简单易行，大大节省了科研实验成本，可在高校和各研究院所等单位进行推广应用，产生了良好的经济效益。
18.基于上述理由本发明可在金属薄板热冲压模拟等领域广泛推广。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明具体实施方式中一种便携式金属薄板热冲压模拟装备结构示意图。
21.图2为本发明实施例2中采用本设备热冲压和工业热冲压的22mnb5钢sem组织对比图，其中图a为采用本发明热冲压设备热冲压；图b为采用工业大型设备热冲压。
22.图3本发明实施例2中采用本设备热冲压和工业热冲压的22mnb5钢拉伸曲线对比图。
具体实施方式
23.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
26.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
28.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
29.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
30.实施例1
31.如图1所示，一种便携式金属薄板热冲压模拟装备，包括支架4，所述支架4具有上层和下层，支架4的上层安装通过销钉安装有下平面模具1，上层的一端具有向上凸起的台阶，台阶上安装有立式轴承座3，上平面模具2的端部具有与立式轴承座配合的转动轴，上平面模具2通过转动轴和立式轴承座3与支架4的上层转动连接。所述上平面模具2和所述下平面模具1采用高热传导率的钢板坯制成。
32.支架4的下层固定有竖直设置的液压缸6，且所述液压缸6的输出端与所述上平面模具2靠近所述立式轴承座3的一侧的下表面铰接。
33.所述支架4的底部四个角处分别安装有万向脚轮5。
34.实施例2
35.如图1～3所示，本实施例提供了22mnb5热冲压用钢退火态薄板(1.50mm厚)进行热冲压过程模拟实验的方法，22mnb5热冲压用钢的化成成分如表1所示。其冲压成形采用实施例1中公开的热冲压模拟设备。
36.表1 22mnb5热冲压用钢退火态薄板化学成分(wt.％)
37.编号csimntialssnb
10.220.201.250.030.050.0030.00450.0025
38.实验过程为：开启液压缸6，使得上平面模具2和下平面模具1之间展开一定角度；将退火态薄板(1.50mm厚)放入950℃的马弗炉中保温5min，用铁钳夹取钢板送至下平面模具1表面，快速启动液压缸开关，使上平面模具2迅速闭合并保压0～60s，然后再次启动液压开关升起上平面模具2使其张开一定角度，取出薄板即可。
39.取出的热冲压模拟处理后的钢板较为平直，利用快走丝线切割在热冲压模拟处理后的钢板上面进行金相、拉伸等试样的切割。经扫描电子显微镜、拉伸机等设备检测和评价得出22mnb5钢热冲压的组织(如图2)和拉伸性能(如图3)。
40.图2显示，22mnb5钢经过实施例1所涉及的设备进行热冲压模拟，其组织为马氏体；
41.图3显示，其抗拉强度为1537mpa，延伸率7.9％。
42.其组织和拉伸性能结果和22mnb5钢工业热冲压后的组织和拉伸性能有良好的一致性，充分说明了本发明所涉及的设备能够很好地进行金属薄板的板形矫正、基材冷却或淬火模拟。
43.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。