專利名稱：測定鎂合金板料塑性成形性能的裝置及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及輕合金板料塑性成形技術領域，尤其涉及一種測定鎂合金板料塑性成形性能的裝置及其方法。
背景技術：
鎂合金是目前世界上最輕的金屬結構材料，具有比強度和比剛度均高、導熱導電性能好、阻尼減震性和電磁屏蔽性都很強、廢料易回收等優(yōu)點，廣泛應用于航空航天、電子和汽車等行業(yè)，被譽為“21世紀的綠色工程金屬結構材料”。由于鎂是密排六方晶體結構， 常溫下鎂合金塑性差，很難成形，因此大部分鎂合金制品都是通過鑄造的方法成型，很少采用塑性加工的方法成型，這就限制了鎂合金的應用范圍。研究表明，隨著溫度的升高，鎂合金再結晶開始發(fā)生，滑移系增多，塑性大大提高，這就為鎂合金熱成形工藝提供了可能。近年來，鎂合金板料熱沖壓成形已成為鎂合金應用新的研究熱點。通過塑性加工的方法得到的鎂合金熱沖壓制品具有良好的力學性能和表面質量，因此鎂合金熱沖壓成形工藝將有著更廣泛的應用范圍。鎂合金板料的塑性成形性能是確定鎂合金熱沖壓成形工藝的依據，并決定著其加工的成敗。為了衡量不同鎂合金材料的熱沖壓成形能力，需要測定鎂合金板料的塑性成形性能。鎂合金板料沖壓成形時，板料需要加熱到一定的溫度(大約150 300°C )，因此需要測定鎂合金板料在不同溫度下的塑性成形性能，這與測定常溫條件下成形材料的塑性成形性能的方法和裝置有所不同。對于常溫條件下成形的金屬板料，其塑性成形性能的測定可以采用國家標準GB/ T4156-1984 “金屬杯突試驗方法”進行。其測試方法是用頭部為規(guī)定尺寸球形的凸模，將夾緊在凹模與壓邊圈間的試樣壓入凹模內，直至出現穿透試樣厚度的裂縫為止。測量凸模頂端壓入試樣的深度作為杯突值，用以反映材料在拉脹成形時的塑性變形性能。金屬杯突實驗適用于測定厚度為0. 2 2mm、寬度等于或大于90mm金屬板和帶的塑性變形性能。杯突實驗通常都是在專用設備杯突實驗機上進行的。對于鋁合金板料，其塑性變形性能的測定可以采用有色金屬行業(yè)標準YS/T 419-2000 “鋁及鋁合金杯突試驗方法”，該標準適用于 0. Imm 3mm厚的鋁及鋁合金板料、帶、箔材。鋁杯突試驗與金屬杯突試驗方法和裝置基本相同，對于厚度大于2mm的鋁板，鋁杯突試驗用的凹模尺寸有所不同。以上測定金屬板材塑性成形性能的杯突試驗都是在常溫下(10 30°C )進行的， 顯然不能用于測定鎂合金板材在一定溫度條件下的塑性成形性能。另外，杯突實驗都是在專用設備杯突試驗機上進行的，要求設備提供一定的夾緊力，這就使得杯突試驗很難在通用的材料試驗機上進行。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了解決現有技術試驗方法不能測定鎂合金板材在特定溫度條件下的塑性成形性能，以及試驗需要專用設備的問題；提供一種測定鎂合金板料塑性成形性能的裝置及其方法；能夠測定不同厚度的鎂合金板料從室溫到300°C之間，以不同變形速度、不同潤滑條件下的塑性成形性能。該試驗可以在各種通用材料試驗機或液壓機上進行，不需要提供夾緊力或壓邊力，試驗裝置具有結構簡單、更換試件方便等優(yōu)點。為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種測定鎂合金板料塑性成形性能的裝置，包括沖頭，底座，凹模，凹模與底座聯接，凹模通過壓邊圈與底座聯接，凹模與壓邊圈的中間為圓孔，在凹模圓孔外側的平面與壓邊圈圓孔外側的平面對應位置處分別設有相配合的凹槽和凸臺。所述凹槽為設在壓邊圈靠近邊緣位置處的圓環(huán)形凹槽，所述凸臺為設在凹模上的與圓環(huán)形凹槽相配合的圓環(huán)形凸起。所述凹模與壓邊圈通過螺栓連接。底座兩側設側槽，與底座側槽相對應的壓邊圈兩側設側壁，壓邊圈的側壁與底座的側槽配合連接。壓邊圈的前部安有把手。把手便于組裝體插入模架和從模架抽出。壓邊圈上加工試件定位槽。定位槽便于試件定位。所述沖頭，底座，凹模，壓邊圈設在加熱箱內，加熱箱上壁設有開口 I，加熱箱下壁設有開口 II。沖頭通過加熱箱的下壁的開口 II固定在工作臺上，沖頭從底座的圓孔進入， 沖頭與圓孔之間為間隙配合、在安裝實驗裝置時可以方便固定沖頭和模架的位置。加熱箱采用電阻絲加熱，加熱箱內設有風扇鼓風熱循環(huán)；所述加熱箱采用PID控制。一種測定鎂合金板料塑性成形性能的方法，包括以下步驟1)將鎂合金板料試件放置在壓邊圈上，把凹模放置在試件上面，將凹模和壓邊圈連接并壓緊形成一組裝體，在壓邊圈凹槽和凹模凸臺作用下、試件邊緣形成一圈壓邊筋；2)通過壓邊圈側壁與底座側槽之間的配合將凹模、試件和壓邊圈的組裝體與底座連接形成整體試驗裝置；3)將整體試驗裝置放到加熱箱內、通過聯接機構與試驗機的上橫梁聯接，加熱箱放在試驗機工作臺的墊板上，沖頭與墊板聯接、并從加熱箱下壁的開口中伸入加熱箱內腔； 調整使沖頭與試件接觸；4)將加熱箱的各開口密封，關閉加熱箱門，設定試件需要加熱的溫度，然后給加熱箱通電加熱；加熱到設定溫度后，保溫10分鐘使試件溫度趨于穩(wěn)定；5)設置沖頭與凹模的相對移動速度，啟動試驗機，試件在沖頭的作用下發(fā)生純脹形變形；6)當試件發(fā)生裂紋或者試驗力突然下降時，立即停機，記錄沖頭的運動行程，即試件脹形的高度。此高度值大小反映了鎂合金板料在當前溫度下的塑性成形性能。7)分離沖頭與凹模，打開加熱箱門，將凹模、試件和壓邊圈的組裝體從底座上抽出，松開凹模和壓邊圈的聯接將試件取下。在沖頭和/或者試件上涂抹潤滑劑。這樣能夠改進鎂合金板料塑性成形性能并能確定潤滑劑對成形性能的影響。本發(fā)明的使用和工作原理該試驗在通用材料試驗機上或普通液壓機上進行，試驗機不需要提供額外的壓邊力或夾緊力。將凹模、試件和壓邊圈的組裝體插入到模架底座
4上、形成一個整體試驗裝置，將試驗裝置放置在加熱箱內，試驗裝置通過拉桿穿過加熱箱上壁的開口固定在上橫梁上；沖頭通過加熱箱的下壁的開口固定在工作臺上，沖頭與圓孔之間為間隙配合、在安裝實驗裝置時可以方便固定沖頭和模架的位置。加熱箱放置在工作臺上，不需要固定，加熱箱可以設定從室溫到300°C之間的任一溫度值并保持恒定溫度。凹模和壓邊圈的組裝體通過壓邊圈兩側的側壁插入到模架底座側槽內與模架連接，方便更換試件。壓邊圈的前部安有把手，方便組裝體插入模架和從模架抽出。壓邊圈上加工試件定位槽，便于試件定位。壓邊圈外邊緣加工一圈壓邊筋凹槽，凹模對應的外邊緣處加工一圈壓邊筋凸臺，將鎂合金板料試件放置在具有定位槽的壓邊圈上面，把凹模放置在試件上面，壓邊圈上的凹槽與凹模的凸臺位置對應，將凹模和壓邊圈用力壓緊固定，通過連接凹模和壓邊圈螺栓的預緊力的作用下，試件在壓邊槽處發(fā)生塑性變形，壓邊圈的凹槽與凹模的凸臺之間的試件壓制出一圈壓邊筋。本發(fā)明的有益效果1.本發(fā)明能夠對不同厚度的從室溫到300°C之間不同溫度下的鎂合金板料，以不同變形速度、不同潤滑條件下的塑性成形性能進行測定試驗。2.該試驗可以在各種通用材料試驗機或液壓機上進行，不需要提供夾緊力或壓邊力，試驗裝置具有結構簡單、更換試件方便。


圖1是本發(fā)明測定鎂合金板料塑性成形性能的裝置的示意圖。其中，1、試驗機工作臺，2、墊板，3、加熱箱，4、沖頭，5、底座，6、壓邊圈，7、試件，8、 凹模，9、螺栓，10、立柱，12、模板，13、拉桿，15、壓板，19、試驗機上橫梁，22、側槽，23、側壁。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。一種測定鎂合金板料塑性成形性能的裝置，如圖1所示，圖中試驗機工作臺1，墊板2，加熱箱3，沖頭4，底座5，壓邊圈6，試件7，凹模8，螺栓9，立柱10，模板12，拉桿13，壓板15，試驗機上橫梁19，側槽22，側壁23。凹模8與壓邊圈6的中間為圓孔，在凹模的圓孔外側的平面與壓邊圈圓孔外側的平面對應位置處分別設有相配合的凹槽和凸臺，所述底座 5、壓邊圈6、凹模8通過螺栓9聯接，底座5通過立柱10與模板12聯接，模板12通過拉桿 13與壓板15聯接，壓板15與試驗機上橫梁19聯接。所述凹槽為設在壓邊圈6靠近邊緣位置處的圓環(huán)形凹槽，所述凸臺為設在凹模8上的與圓環(huán)形凹槽相配合的圓環(huán)形凸起。底座5 兩側設側槽22，與底座5側槽22相對應的壓邊圈6兩側設側壁23，壓邊圈6的側壁23與底座的側槽22配合連接。壓邊圈6的前部安有把手，把手便于組裝體插入模架和從模架抽出。壓邊圈6上加工試件定位槽，定位槽便于試件定位。所述沖頭4，底座5，凹模8，壓邊圈 6設在加熱箱3內，加熱箱3上壁設有開口 I，加熱箱3下壁中心位置設有開口 II，加熱箱3 采用電阻絲加熱，配以風扇鼓風熱循環(huán)，加熱箱3采用PID控制。一種測定鎂合金板料塑性成形性能的方法是，包括以下步驟1.將鎂合金板料試件7放置在具有定位槽的壓邊圈6上面，把凹模8放置在試件 7上面，用內六角螺栓將凹模8和壓邊圈6連接在一起，壓邊圈6上表面外邊緣有一圈壓邊筋的凹槽，凹模8下表面相對應的位置有一圈壓邊筋的凸臺，旋緊螺栓9，在螺栓預緊力的作用下，凹模8和壓邊圈6將它們中間的試件7壓制出一圈壓邊筋，試件7上的壓邊筋可以阻止試驗過程中試樣邊緣的金屬向凹?？變攘鲃樱ＷC試驗過程中鎂合金板料的變形為純脹形。2.將凹模8、試件7和壓邊圈6的組裝體插入到模架的底座5上，壓邊圈6的側壁與底座5的側槽配合連接，組裝體可以方便地插入到模架的底座5上或者從底座5上抽出，方便試件的更換。3.整個模架被放置在一個加熱箱3內，模架的上端有兩個拉桿從加熱箱3 上壁的兩個孔洞中穿過并固定在試驗機上橫梁19上。加熱箱3放置在試驗機工作臺1上面的墊板2上。端部為球形的沖頭4從加熱箱3下壁的孔洞中穿過并固定在墊板2上。試驗開始之前，調整試驗機工件臺1或者試驗機上橫梁19的位置，使沖頭4與試件7接觸。 4.關上加熱箱3的門，設定試件7需要加熱的溫度，然后給加熱箱3通電開始加熱，當加熱到設定溫度后，等待10分鐘使加熱箱3內的溫度趨于穩(wěn)定，然后就可以進行試驗了。5.設置試驗機工作臺1向上運動的速度，然后就可以啟動試驗機，試驗機工作臺向上運動，試驗機工作臺帶著加熱箱3和沖頭4 一起向上運動，而試驗機上橫梁19和試驗模架保持靜止。 6.試件7在沖頭4的作用下發(fā)生純脹形變形，當試件7發(fā)生裂紋或者試驗力突然下降時，立即停機，記錄沖頭4的運動行程，即試件脹形的高度，此高度值大小反映了鎂合金板料在當前溫度下的塑性成形性能。7.試驗結束后，將試驗機工件臺1下移，打開加熱箱3門，將凹模8、試件7和壓邊圈6的組裝體從模架的底座5上抽出，旋下連接凹模8和壓邊圈6的螺栓，將試件取下，接著可以裝入下一個試件進行下一個試驗。將試件從加熱箱3內取下以及更換試件7，更換試件后，加熱箱內溫度可以在較短時間內升高到設定的溫度。當需要確定潤滑劑對成形性能的影響時，可以在沖頭4和試件7上涂抹潤滑劑。
上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內。
權利要求
1.一種測定鎂合金板料塑性成形性能的裝置，包括沖頭，底座，凹模，凹模與底座聯接， 其特征是，凹模通過壓邊圈與底座聯接，凹模與壓邊圈的中間為圓孔，在凹模圓孔外側的平面與壓邊圈圓孔外側的平面對應位置處分別設有相配合的凹槽和凸臺。
2.如權利要求1所述的測定鎂合金板料塑性成形性能的裝置，其特征是，所述凹槽為設在壓邊圈靠近邊緣位置處的圓環(huán)形凹槽，所述凸臺為設在凹模上的與圓環(huán)形凹槽相配合的圓環(huán)形凸起。
3.如權利要求1所述的測定鎂合金板料塑性成形性能的裝置，其特征是，所述凹模與壓邊圈通過螺栓連接并壓緊。
4.如權利要求1所述的測定鎂合金板料塑性成形性能的裝置，其特征是，所述底座兩側設側槽，與底座側槽相對應的壓邊圈兩側設側壁，壓邊圈的側壁與底座的側槽配合連接。
5.如權利要求1所述的測定鎂合金板料塑性成形性能的裝置，其特征是，所述壓邊圈的前部安有把手。
6.如權利要求1所述的測定鎂合金板料塑性成形性能的裝置，其特征是，所述沖頭，底座，凹模，壓邊圈設在加熱箱內，加熱箱上壁設有開口 I，加熱箱下壁設有開口 II。
7.如權利要求6所述的測定鎂合金板料塑性成形性能的裝置，其特征是，所述加熱箱采用電阻絲加熱，加熱箱內設有風扇鼓風熱循環(huán)；所述加熱箱采用PID控制。
8.采用權利要求1所述裝置測定鎂合金板料塑性成形性能的方法，包括以下步驟1)將鎂合金板料試件放置在壓邊圈上，把凹模放置在試件上面，將凹模和壓邊圈連接并壓緊形成一組裝體，在壓邊圈凹槽和凹模凸臺作用下、試件邊緣形成一圈壓邊筋；2)通過壓邊圈側壁與底座側槽之間的配合將凹模、試件和壓邊圈的組裝體與底座連接形成整體試驗裝置；3)將整體試驗裝置放到加熱箱內、通過聯接機構與試驗機的上橫梁聯接，加熱箱放在試驗機工作臺的墊板上，沖頭與墊板聯接、并從加熱箱下壁的開口中伸入加熱箱內腔；調整使沖頭與試件接觸；4)將加熱箱的各開口密封、關閉加熱箱門，設定試件需要加熱的溫度，然后給加熱箱通電加熱；加熱到設定溫度后，保溫10分鐘使試件溫度趨于穩(wěn)定；5)設置沖頭與凹模的相對移動速度，啟動試驗機，試件在沖頭的作用下發(fā)生純脹形變形；6)當試件發(fā)生裂紋或者試驗力突然下降時，立即停機，記錄沖頭的運動行程，即試件脹形的高度；7)分離沖頭與凹模，打開加熱箱門，將凹模、試件和壓邊圈的組裝體從底座上抽出，松開凹模和壓邊圈的聯接將試件取下。
9.如權利要求8所述的測定鎂合金板料塑性成形性能的方法，其特征是，在沖頭和/或者試件上涂抹潤滑劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測定鎂合金板料塑性成形性能的裝置；包括沖頭，底座，凹模，凹模通過壓邊圈與底座聯接，凹模與壓邊圈的中間為圓孔，在凹模圓孔外側的平面與壓邊圈圓孔外側的平面對應位置處分別設有相配合的凹槽和凸臺。所述凹槽為設在壓邊圈靠近邊緣位置處的圓環(huán)形凹槽，所述凸臺為設在凹模上的與圓環(huán)形凹槽相配合的圓環(huán)形凸起。所述沖頭，底座，凹模，壓邊圈設在加熱箱內，加熱箱上壁設有開口I，加熱箱下壁設有開口II。沖頭通過加熱箱的下壁的開口II固定在工作臺上；本發(fā)明還公開了測定鎂合金板料塑性成形性能的方法；該試驗可以在各種通用材料試驗機或液壓機上進行，不需要提供夾緊力或壓邊力，試驗裝置具有結構簡單、更換試件方便等優(yōu)點。
文檔編號G01N3/28GK102384876SQ20111037234
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權日2011年11月22日
發(fā)明者呂良, 宋立彬, 趙國群, 馬新武 申請人:山東大學