一种板材超低温拉深性能测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种板材超低温拉深性能测试装置及测试方法，涉及金属板材性能测试技术领域，包括凹模结构和凸模结构，板坯设置在凹模结构和凸模结构之间，板坯的边缘通过压边结构压在凹模结构上，凹模结构和板坯之间形成第一容腔，凸模结构中设置有第二容腔，凸模结构与板坯、压边结构之间形成第三容腔，第一容腔、第二容腔和第三容腔中均充填有冷却剂，控制单元分别控制第一容腔、第二容腔和第三容腔中的冷却剂的流量。本发明专利技术的板坯浸泡在冷却剂中，加上凹模结构的第二容腔中的冷却剂的辅助作用，实现板坯的冷却均匀，通过控制单元实现冷却剂的流量的精确控制，确保冷却温度精确；利用具有不同半径尺寸的板坯，高效实现超低温拉深性能测试。

【技术实现步骤摘要】
一种板材超低温拉深性能测试装置及测试方法
本专利技术涉及金属板材性能测试
，特别是涉及一种板材超低温拉深性能测试装置及测试方法。
技术介绍
铝铜合金、铝锂合金、铝锌合金等高强铝合金因具有高比强度，被广泛地应用于运载火箭、飞机、新能源汽车等运载装备的主体结构材料。但是，此类合金常温塑性差、成形性低，难以成形复杂形状构件，限制了此类合金的进一步应用。近年，基于铝合金在超低温条件下出现延伸率与硬化指数同时提高的双增效应，发展起来一种先进的薄壁构件超低温成形技术。通过冷却剂使得坯料冷却至合适的超低温区间，采用模具整体成形出薄壁构件，具有显著提高成形极限、组织性能易控制等优点。超低温成形技术主要是利用材料在超低温条件下大幅提高的成形极限，通过模具将与构件等厚的薄板直接拉深成形出复杂形状薄壁曲面件，并利用超低温梯度分布进一步提高薄壁曲面件的成形能力。为制定合理的超低温成形工艺参数，掌握材料在不同超低温度及其分布条件下的拉深性能具有重要意义。拉深性能主要通过极限拉深比表征，即不再发生开裂缺陷的筒形试件的坯料外径与凸模直径之比。实际测试过程是凸模直径一定条件下，选取不同外径坯料分别进行单道次拉深试验，直至获取无缺陷产生的平底筒形试件。尽管已尝试将测试模具安装到低温箱里进行性能测试，但存在测试效率低、无法准确获得不同低温分布条件下的拉深性能等系列问题。公开号为CN109238840A的中国专利公开了一种超低温下板材成形性能的测试装置及测试方法，通过控制冷却剂流量间接冷却模具，存在不易均匀冷却、温度精确控制等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种板材超低温拉深性能测试装置及测试方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过冷却剂浸泡直接冷却板坯，冷却均匀，并且温度控制精度高。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供了一种板材超低温拉深性能测试装置，其特征在于：包括凹模结构和凸模结构，板坯设置在所述凹模结构和所述凸模结构之间，所述板坯的边缘通过压边结构压在所述凹模结构上，所述凹模结构和所述板坯之间形成第一容腔，所述凸模结构中设置有第二容腔，所述凸模结构与所述板坯、所述压边结构之间形成第三容腔，所述第一容腔、所述第二容腔和所述第三容腔中均充填有冷却剂，控制单元分别控制所述第一容腔、所述第二容腔和所述第三容腔中的所述冷却剂的流量。优选地，所述板坯包括若干区域，所述板坯的各所述区域的截面均为扇形，各所述区域的截面的圆心重合，至少一个所述区域的半径尺寸与其余所述区域的半径尺寸不同，半径尺寸不同的相邻的所述区域的截面的圆弧边缘平滑过渡。优选地，所述凹模结构包括凹模座和凹模，所述凹模设置在所述凹模座上，所述凹模的内壁和所述凹模座的内壁均设置有隔热元件，所述凹模、所述凹模座和所述板坯形成所述第一容腔。优选地，所述压边结构包括压边圈和压边连接块，所述压边连接块设置在所述压边圈上，所述压边连接块与所述凸模结构滑动且密封连接，所述板坯设置在所述压边圈与所述凹模结构之间，所述压边连接块、所述压边圈、所述凸模结构和所述板坯形成所述第三容腔，所述压边圈的内壁、所述压边连接块的下表面均设置有隔热元件。优选地，所述板材超低温拉深性能测试装置还包括储罐，所述储罐内充填有所述冷却剂，所述储罐与所述第一容腔通过第一管路连通，所述储罐与所述第二容腔通过第二管路连通，所述储罐与所述第三容腔通过第三管路连通，所述第一管路上设置有第一流量阀，所述第二管路上设置有第二流量阀，所述第三管路上设置有第三流量阀，所述控制单元分别与所述第一流量阀、所述第二流量阀和所述第三流量阀电连接；所述凸模结构设置有第一测温元件，所述凹模结构设置有第二测温元件，所述第一测温元件对应所述板坯的拉深区设置，所述第二测温元件对应所述板坯的法兰区设置，所述控制单元分别与所述第一测温元件和所述第二测温元件电连接。优选地，所述压边结构中设置有第四容腔，所述凹模结构中设置有第五容腔，所述第四容腔和所述第五容腔均与所述板坯的法兰区对应，所述第四容腔和所述第五容腔中均充填有冷却剂，所述控制单元分别控制所述第四容腔和所述第五容腔中的所述冷却剂的流量。优选地，所述储罐与所述第四容腔通过第四管路连通，所述储罐与所述第五容腔通过第五管路连通，所述第四管路上设置有第四流量阀，所述第五管路上设置有第五流量阀，所述控制单元分别与所述第四流量阀和所述第五流量阀电连接；所述压边结构设置有第三测温元件，所述第三测温元件对应所述板坯的法兰区设置，所述控制单元与所述第三测温元件电连接。优选地，所述板坯的拉深区为所述板坯位于所述凹模结构和所述凸模结构之间的第一部分；所述板坯的法兰区为所述板坯位于所述凹模结构和所述压边结构之间的第二部分。本专利技术还提供了一种采用所述板材超低温拉深性能测试装置的板材超低温拉深性能测试方法，包括以下步骤：步骤一，根据板坯的材料的力学性能，设计板坯的尺寸；步骤二，将板坯放置在凹模结构上，闭合压边结构并施加设定压边力，并使凸模结构接触板坯；步骤三，向第一容腔、第二容腔和第三容腔充填冷却剂，直至板坯的拉深区冷却至设定温度；步骤四，凸模结构下行，进行板坯的拉深性能测试；步骤五，根据拉深性能测试结果进行判断，若板坯的各区域均未发生开裂缺陷，增大下一个板坯的各区域的尺寸，重复步骤一～步骤四，直至在某一个板坯的至少一个区域处发生开裂缺陷，然后将尺寸小于发生开裂缺陷的板坯的区域的另一个区域作为新的板坯的外径最大的区域，对新的板坯重复步骤一～步骤四，直至新的板坯不发生开裂缺陷，用不发生开裂缺陷的板坯的外径最大的区域的外径与凸模结构的外径比值表征极限拉深性能；若板坯的至少一个区域发生开裂缺陷，将尺寸小于发生开裂缺陷的板坯的区域的另一个区域作为新的板坯的外径最大的区域，对新的板坯重复步骤一～步骤四，直至新的板坯不发生开裂缺陷，用不发生开裂缺陷的板坯的外径最大的区域的外径与凸模结构的外径比值表征极限拉深性能。优选地，步骤三和步骤四之间还包括以下步骤：向第四容腔和第五容腔充填冷却剂，直至板坯的法兰区冷却至设定温度。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术通过第一容腔和第三容腔的冷却剂与板坯直接接触，使板坯浸泡在冷却剂中，加上凹模结构的第二容腔中的冷却剂的辅助作用，实现板坯的冷却均匀；通过控制单元，实现第一容腔、第二容腔和第三容腔中的冷却剂的流量的精确控制，确保冷却温度精确。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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。图1为本专利技术的板材超低温拉深性能测试装置示意图一；图2为本专利技术的板材超低温拉深性能测试装置示意图二；图3为本专利技术的板坯示意图；图4为本专利技术的板坯的区域示意图；图5为本专利技术的板材超低温拉深本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种板材超低温拉深性能测试装置，其特征在于：包括凹模结构和凸模结构，板坯设置在所述凹模结构和所述凸模结构之间，所述板坯的边缘通过压边结构压在所述凹模结构上，所述凹模结构和所述板坯之间形成第一容腔，所述凸模结构中设置有第二容腔，所述凸模结构与所述板坯、所述压边结构之间形成第三容腔，所述第一容腔、所述第二容腔和所述第三容腔中均充填有冷却剂，控制单元分别控制所述第一容腔、所述第二容腔和所述第三容腔中的所述冷却剂的流量。/n

【技术特征摘要】
1.一种板材超低温拉深性能测试装置，其特征在于：包括凹模结构和凸模结构，板坯设置在所述凹模结构和所述凸模结构之间，所述板坯的边缘通过压边结构压在所述凹模结构上，所述凹模结构和所述板坯之间形成第一容腔，所述凸模结构中设置有第二容腔，所述凸模结构与所述板坯、所述压边结构之间形成第三容腔，所述第一容腔、所述第二容腔和所述第三容腔中均充填有冷却剂，控制单元分别控制所述第一容腔、所述第二容腔和所述第三容腔中的所述冷却剂的流量。


2.根据权利要求1所述的板材超低温拉深性能测试装置，其特征在于：所述板坯包括若干区域，所述板坯的各所述区域的截面均为扇形，各所述区域的截面的圆心重合，至少一个所述区域的半径尺寸与其余所述区域的半径尺寸不同，半径尺寸不同的相邻的所述区域的截面的圆弧边缘平滑过渡。


3.根据权利要求1所述的板材超低温拉深性能测试装置，其特征在于：所述凹模结构包括凹模座和凹模，所述凹模设置在所述凹模座上，所述凹模的内壁和所述凹模座的内壁均设置有隔热元件，所述凹模、所述凹模座和所述板坯形成所述第一容腔。


4.根据权利要求1所述的板材超低温拉深性能测试装置，其特征在于：所述压边结构包括压边圈和压边连接块，所述压边连接块设置在所述压边圈上，所述压边连接块与所述凸模结构滑动且密封连接，所述板坯设置在所述压边圈与所述凹模结构之间，所述压边连接块、所述压边圈、所述凸模结构和所述板坯形成所述第三容腔，所述压边圈的内壁、所述压边连接块的下表面均设置有隔热元件。


5.根据权利要求1所述的板材超低温拉深性能测试装置，其特征在于：所述板材超低温拉深性能测试装置还包括储罐，所述储罐内充填有所述冷却剂，所述储罐与所述第一容腔通过第一管路连通，所述储罐与所述第二容腔通过第二管路连通，所述储罐与所述第三容腔通过第三管路连通，所述第一管路上设置有第一流量阀，所述第二管路上设置有第二流量阀，所述第三管路上设置有第三流量阀，所述控制单元分别与所述第一流量阀、所述第二流量阀和所述第三流量阀电连接；
所述凸模结构设置有第一测温元件，所述凹模结构设置有第二测温元件，所述第一测温元件对应所述板坯的拉深区设置，所述第二测温元件对应所述板坯的法兰区设置，所述控制单元分别与所述第一测温元件和所述第二测温元件电连接。


6.根据权利要求5所述的板材超低温拉深性能测试装置，其特征在于：所述压边结构中设置有第四容腔，所述凹...

【专利技术属性】
技术研发人员：凡晓波，李思毅，洪吉庆，苑世剑，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21