用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測方法和裝置，屬于金屬塑性加工成形【技術(shù)領(lǐng)域】。該檢測裝置包括X射線發(fā)生器或人工放射源、圖像增強器、CCD攝像機、圖像采集卡、計算機、圖像灰度識別控制卡以及顯示屏。本發(fā)明利用射線實時成像技術(shù)，在試驗過程中，板料一旦出現(xiàn)失穩(wěn)-微裂紋，透過板料的射線形成的圖像的灰度值有明顯的階躍變化，通過計算機處理軟件實時檢測出接收到的圖像中此階躍變化，從而給出停機信號，實現(xiàn)儀器的迅速自動停機。使用該發(fā)明保證了板料熱模擬成形試驗的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性同時擴展了試驗范圍。
【專利說明】用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于金屬塑性加工成形【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測方法和裝置。

【背景技術(shù)】
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[0002]板料熱成形技術(shù)是利用金屬薄板在熱狀態(tài)下的良好塑性，通過模具及外力作用而使板料成形的一種加工方法，該技術(shù)具有高效率和高材料利用率的特點。熱成形的工藝包括奧氏體化處理、從加熱爐轉(zhuǎn)移到成形機、熱成形和淬火、剪邊處理等。奧氏體化處理在有保護(hù)氣氛的加熱爐中進(jìn)行，板材被加熱到高于Ac3的溫度(通常900?950°C )進(jìn)行成形，保溫3?lOmin，保溫時間根據(jù)板材的厚度而定，之后迅速冷卻從而全面提升鋼板強度，屈服度達(dá)100Mpa之高，每平方厘米能承受10噸以上的壓力。熱成形板料有極高的材料強度及延展性，一般的高強度鋼板的抗拉強度在400?450MPa左右，而熱成形鋼材的抗拉強度可達(dá)到1300?1600Mpa，為普通鋼材的3?4倍，其硬度僅次于陶瓷，但又具有鋼材的韌性。熱成形借助于溫度、壓力及時間等工藝來加工零件，充分利用材料在加熱狀態(tài)下的軟化與蠕變性能，使塑性提高，以降低成形力和改善成形性，避免開裂，減少回彈。
[0003]熱成形鋼板具有很好的材料成形準(zhǔn)確度，消除材料回彈的影響，可以實現(xiàn)復(fù)雜的形狀。由于熱成形鋼板的特殊性質(zhì)，并且是加熱后成形，因此可以在一道工序完成普通冷沖壓成形需多道工序才能完成的復(fù)雜形狀。一次成形的工藝好處在于可以確保鋼板在加工過程當(dāng)中，鋼板內(nèi)部纖維流向不必受到二次受力的沖擊，保證鋼板保持最好的強度和韌度，而且在零件成形后進(jìn)行快速冷卻，零件成形后的回彈量很小，極大地提高了材料成形準(zhǔn)確度，更好的保證了零件尺寸精度，為下一步的加工打下良好的基礎(chǔ)。
[0004]熱成形的應(yīng)用范圍:低塑性材料；整體或局部變形量過大的零件；處于強化狀態(tài)的材料；回彈大的材料；熱處理變形過大的零件；高強度或厚板料；要求尺寸和形狀穩(wěn)定的零件；剛度小，但準(zhǔn)確度要求高的零件；成形系數(shù)超過標(biāo)準(zhǔn)的新結(jié)構(gòu)；變厚板、帶肋板和復(fù)合板等。板料熱沖壓是在冷沖壓的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型成形工藝，整個過程涉及幾何非線性、材料非線性、邊界條件非線性等高度非線性問題，與傳統(tǒng)板料冷沖壓過程不同的是，在高溫成形后的冷卻保壓過程中存在著溫度、組織轉(zhuǎn)變、應(yīng)力三個方面的相互作用。拉深、脹形、擴孔(翻邊)和彎曲是沖壓最基本的四種成形方式，各自具有不同特征性質(zhì)的應(yīng)力(應(yīng)變)，而板料的成形性能是決定沖壓工藝成敗的重要因素。
[0005]成形性能是沖壓用鋼極為重要的性能之一，它包括基本成形性能和模擬成形性能。由于板材成形過程極其復(fù)雜多樣，是不可能用一兩個指標(biāo)所能概括和確切表征的?；境尚涡匝芯康氖浅尚涡缘墓残詥栴}，而模擬成形性研究的是成形的特殊性即個性問題。因此，板材的基本性能和模擬成形性能可以分別由基本性能試驗和模擬成形性能試驗所取得的有關(guān)指標(biāo)來加以表不。
[0006]對板料沖壓成形性能進(jìn)行模擬試驗，是一種根據(jù)沖壓成形技術(shù)物理特性，并利用相似性分析、相似性設(shè)計以及聚類和分類方法，是針對各種各樣的沖壓成形制品及其相應(yīng)的沖壓成形工藝過程可能具有的普遍性變形力學(xué)性質(zhì)、沖壓成形方式和沖壓失穩(wěn)現(xiàn)象(或沖壓成形缺陷)所進(jìn)行的典型化抽象試驗技術(shù)。
[0007]用標(biāo)準(zhǔn)拉伸試件求得的基本成形性能，雖有其重要和普遍意義，但由于在生產(chǎn)中直接應(yīng)用這些參數(shù)，往往難以掌握，且對具體生產(chǎn)所要求的性能也難以估計；再者，不少具體成形過程，牽涉到的參數(shù)不止一個，往往不能只用一個參數(shù)來說明全部問題；因而常求助于與實際生產(chǎn)性質(zhì)接近的試驗方法，即所謂模擬試驗，來測定材料對某種工藝的適用性。這些試驗比拉伸試驗，往往更易于在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行，為生產(chǎn)人員樂于采用。對于實際的沖壓工藝和模具設(shè)計更具有指導(dǎo)意義。
[0008]模擬成形性能包括極限拉深直徑(LDR)試驗、拉深潛力試驗(TZP)試驗、杯突(Erichsem)試驗、KffI擴孔(翻邊)試驗、拉深一脹形復(fù)合成形(CCV)試驗和成形極限圖(FLD)試驗等。模擬熱成形試驗具體的方法是模擬一種典型熱沖壓工藝，在板料出現(xiàn)失穩(wěn)時候試驗機停止。根據(jù)板料的變形程度來評估板料的成形性能。
[0009]在上述模擬熱成形性能試驗中，都會碰到如何判斷板料在試驗過程中出現(xiàn)了的沖壓失穩(wěn)現(xiàn)象。過去冷成形試驗中可以采用人工肉眼判斷的方法，這種方法的穩(wěn)定和準(zhǔn)確性都不理想，目前已很少使用，而采用透光或壓差控制，而對于熱成形以上方法均無法使用。所謂透光控制即在板料的一面安裝上光源在另一面安裝上光信號接收裝置，在板料發(fā)生破裂時，光透過板料的裂縫到達(dá)光信號接收裝置，控制成形試驗，這種方法控制穩(wěn)定但這種方式檢測到的是板料的開裂，不是失穩(wěn)。另外對于擴孔試驗板料的失穩(wěn)形式是邊裂，光透法無法檢測。
[0010]壓差控制是利用板料失穩(wěn)時抵抗變形力下降而使成形力下降，通過檢測成形力下降而控制模擬成形試驗。這種方法可以檢測到板料發(fā)生失穩(wěn)的準(zhǔn)確時刻，但不是所有模擬試驗都是隨著變形增大成形力一直在上升的，如極限拉深直徑(LDR)試驗和擴孔試驗等。對于這種模擬試驗壓差控制方法就不適用了。而由于是高溫狀態(tài)，在熱成形條件下無論是人工肉眼判斷和透光控制都無法實際應(yīng)用，必須要開發(fā)新的控制方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0011]本發(fā)明針對現(xiàn)有薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)檢測中存在的技術(shù)問題，提供一種用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測方法和裝置。
[0012]本發(fā)明所提供的一種用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測方法具體步驟如下:
[0013](I)從熱成形機的凸模3的底部向上鉆一細(xì)長直孔洞，所述細(xì)長直孔洞距所述凸模3的頂部至少80_，將X射線發(fā)生器或人工放射源I置于所述細(xì)長直孔洞的頂部，具體位置由圖1所示。
[0014](2)在所述凸模3上方設(shè)置圖像增強器5，使所述圖像增強器5的接收屏垂直于所述凸模3的軸線，豎直向下接收射線。
[0015](3)所述圖像增強器5接入與所述凸模3相同的傳動裝置，以保證試驗中所述圖像增強器5與所述凸模3的運動方向和運動速度相同，使接收的射線圖像穩(wěn)定且所述凸模3不碰到所述增強器5的接收屏。
[0016](4)在所述圖像增強器5上方依次接入CCD攝像機6、圖像采集卡7、計算機8以及熱成形機控制器11，將顯示屏10與圖像灰度識別控制卡9分別通過數(shù)據(jù)線與所述計算機8相連接。
[0017](5)通過所述步驟(I)-步驟(4)完成在熱成形機上用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測裝置的設(shè)置，然后將加熱后的板料放置于壓邊圈上，啟動壓邊將板料壓好。
[0018](6)啟動所述凸模3，同時啟動所述用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測裝置，板料開始變形，通過所述熱成形機控制器11控制所述板料與所述凸模完全接觸時開始圖像采集。
[0019](7)當(dāng)所述板料變形到一定程度，板料表面剛出現(xiàn)失穩(wěn)，即剛出現(xiàn)微裂紋時，所述圖像灰度識別控制卡9接收到射線圖像灰度的階躍變化，發(fā)出停機信號，信號隨即送至熱成形機控制器，控制熱成形機停止運行。
[0020]本發(fā)明所提供的用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測裝置包括X射線發(fā)生器或人工放射源1、圖像增強器5、CCD攝像機6、圖像采集卡7、計算機8、圖像灰度識別控制卡9以及顯示屏10 ;所述X射線發(fā)生器或人工放射源I設(shè)置在熱成形機的凸模3細(xì)長直孔洞的頂部，所述圖像增強器5設(shè)置在所述凸模3的上方，所述圖像增強器5的接收屏垂直于所述凸模3的軸線；所述圖像增強器5的上方依次設(shè)有所述CCD攝像機6、圖像采集卡7、計算機8以及熱成形機控制器11，所述顯示屏10與圖像灰度識別控制卡9分別通過數(shù)據(jù)線與所述計算機8相連接。
[0021 ] X射線發(fā)生器:焦點邊長100?105mm，管電壓400kV?600kV，管電流5mA ;人工放射源:鈷-60、銥-192、銫-137三者之一。
[0022]圖像增強器:輸入屏直徑250?300mm，分辨率6LP/mm或更高。置于距凸模頂部的正上方50?80臟。
[0023]CCD攝像機:分辨率500?600線或更高。
[0024]圖像采集卡:灰度等級10位或更高。
[0025]本發(fā)明原理是利用射線實時成像技術(shù)，在試驗過程中，板料一旦出現(xiàn)失穩(wěn)一微裂紋，透過板料的射線形成的圖像的灰度值有明顯的階躍變化，通過計算機圖像灰度識別控制卡實時檢測出接收到的圖像中此階躍變化，從而給出停機信號，實現(xiàn)儀器的迅速自動停機。
[0026]X射線發(fā)生器或人工放射源發(fā)出X射線或者Y射線，X射線是一種波長很短、肉眼看不見的電磁波，具有較強的穿透能力。人工放射源廣泛應(yīng)用于射線探傷中，體積小，Y射線輻射強度高。常用的Y射線源鈷一60，銥一 192，銫一 137等。X射線和Y射線在貫穿被檢工件有缺陷部位和無缺陷部位后，強度減弱不同，因此在射線照相法中使膠片感光，得到可見的圖像，圖像中有缺陷部位和無缺陷部位的灰度不同，根據(jù)圖像發(fā)現(xiàn)和鑒別缺陷以達(dá)到探傷的目的。此外還有熒光屏成像法、工業(yè)射線電視法、射線劑量率測量法等方法，所有顯示方法，基本原理均與上述射線照相法相同。因要實現(xiàn)模擬試驗過程中的自動停機，故采用射線實時成像檢測技術(shù)，滿足實時性要求。
[0027]針對模擬成形試驗的特點，用X射線時，發(fā)生器發(fā)射的X射線焦點形狀為矩形；用Y射線時，放射源為小體積球形。
[0028]圖像增強器作為射線接收轉(zhuǎn)換裝置，其作用是將輸入屏接收到的不可見的X或Y射線轉(zhuǎn)換為高亮度的可見光。圖像增強器輸入屏由較薄的鋁或鈦材料制成，屏的基層涂有鈉、碘化銫作為輸入閃爍體，它能將不可見的X或Y射線轉(zhuǎn)換為可見光，再經(jīng)過光電陰極板的作用將可見光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電子束，電子束在高電壓作用下加速并聚焦于熒光輸出屏，從而形成可視的檢測圖像。
[0029]CXD攝像機將圖像增強器形成的圖像經(jīng)過準(zhǔn)直鏡頭聚焦到CXD芯片上，CXD根據(jù)光的強弱積累相應(yīng)比例的電荷，各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下，逐點外移，經(jīng)視頻捕捉卡濾波、放大處理，A/D轉(zhuǎn)換后形成數(shù)字信號輸出。
[0030]圖像采集卡將CCD攝像機形成的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，然后傳輸?shù)接嬎銠C，便可以看到與原始圖像對應(yīng)的視頻圖像，計算機圖像灰度識別控制卡對接收到的圖像進(jìn)行降噪、增強、特征提取等處理，實時檢測射線圖像灰度的變化。顯示器可以實時觀測得到的視頻圖像。使用該發(fā)明保證了板料熱模擬成形試驗的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性同時擴展了試驗范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0031]圖1本發(fā)明用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖中:1:X射線發(fā)生器或人工放射源；2:凹模；3:凸模；4:板料；5:圖像增強器；6:CCD攝像機；7:圖像采集卡；8:計算機；9:圖像灰度識別控制卡；10:顯示器；11:熱成形機控制器。

【具體實施方式】
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[0033]實施例1:
[0034]熱成形機進(jìn)行成形極限圖(FLD)試驗，將經(jīng)加熱后的試樣放置于壓邊圈上，試樣厚度為1mm，材質(zhì)為低碳鋼，啟動壓邊液壓缸，壓邊裝置將板料壓緊。
[0035]啟動熱成形機進(jìn)行試驗，同時啟動用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測裝置。凸模運行，板料開始變形，當(dāng)板料變形到一定程度，板料表面剛出現(xiàn)失穩(wěn)，即剛出現(xiàn)微裂紋時，計算機的圖像灰度識別控制卡感知到圖像灰度的階躍變化，發(fā)出停機信號，信號隨即送至熱成形機控制器，控制熱成形機停止運行。
[0036]實施例2:
[0037]熱成形機進(jìn)行杯突(Erichsem)試驗，將經(jīng)加熱后的試樣放置壓邊圈上，試樣厚度為0.6mm，材質(zhì)為低碳鋼，啟動壓邊液壓缸，壓邊裝置將板料壓緊。
[0038]啟動熱成形機進(jìn)行試驗，同時啟動用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測裝置。凸模運行，板料開始變形，當(dāng)板料變形到一定程度，板料表面剛出現(xiàn)失穩(wěn)，即剛出現(xiàn)微裂紋時，計算機的圖像灰度識別控制卡感知到圖像灰度的階躍變化，發(fā)出停機信號，信號隨即送至熱成形機控制器，控制熱成形機停止運行。
[0039]實施例3:
[0040]熱成形機進(jìn)行極限拉深性能(LDR)試驗，將經(jīng)加熱后的試樣放置壓邊圈上，試樣厚度為1.2mm，材質(zhì)為低碳鋼，啟動壓邊液壓缸，壓邊裝置將板料壓緊。
[0041]啟動熱成形機進(jìn)行試驗，同時啟動用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測裝置。凸模運行，板料開始變形，當(dāng)板料變形到一定程度，板料表面剛出現(xiàn)失穩(wěn)，即剛出現(xiàn)微裂紋時，計算機的圖像灰度識別控制卡感知到圖像灰度的階躍變化，發(fā)出停機信號，信號隨即送至熱成形機控制器，控制熱成形機停止運行。
【權(quán)利要求】
1.一種用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測方法，其特征在于該檢測方法具體步驟如下: (1)從熱成形機的凸模(3)的底部向上鉆一細(xì)長直孔洞，所述細(xì)長直孔洞距所述凸模(3)的頂部至少80_，將X射線發(fā)生器或人工放射源(I)置于所述細(xì)長直孔洞的頂部； (2)在所述凸模(3)上方設(shè)置圖像增強器(5)，使所述圖像增強器(5)的接收屏垂直于所述凸模(3)的軸線，豎直向下接收射線； (3)所述圖像增強器(5)接入與所述凸模(3)相同的傳動裝置，以保證試驗中所述圖像增強器(5)與所述凸模(3)的運動方向和運動速度相同，使接收的射線圖像穩(wěn)定且所述凸模(3)不碰到所述增強器(5)的接收屏； (4)在所述圖像增強器(5)上方依次接入CCD攝像機￠)、圖像采集卡(7)、計算機(8)以及熱成形機控制器(11)，將顯示屏(10)與圖像灰度識別控制卡(9)分別通過數(shù)據(jù)線與所述計算機(8)相連接； (5)通過所述步驟⑴一步驟⑷完成用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測裝置的設(shè)置，然后將加熱后的板料放置于壓邊圈上，啟動壓邊將板料壓好； (6)啟動所述凸模(3)，同時啟動所述用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測裝置，板料開始變形，通過所述熱成形機控制器(11)控制所述板料與所述凸模完全接觸時開始圖像采集； (7)當(dāng)所述板料變形到一定程度，板料表面剛出現(xiàn)失穩(wěn)，即剛出現(xiàn)微裂紋時，所述圖像灰度識別控制卡(9)接收到射線圖像灰度的階躍變化，發(fā)出停機信號，信號隨即送至熱成形機控制器，控制成形機停止運行。
2.一種用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測裝置，其特征在于該檢測裝置包括X射線發(fā)生器或人工放射源(I)、圖像增強器(5)、CCD攝像機(6)、圖像采集卡(7)、計算機(8)、圖像灰度識別控制卡(9)以及顯示屏(10);所述X射線發(fā)生器或人工放射源⑴設(shè)置在熱成形機的凸模⑶細(xì)長直孔洞的頂部，所述圖像增強器(5)設(shè)置在所述凸模(3)的上方，所述圖像增強器(5)的接收屏垂直于所述凸模(3)的軸線；所述圖像增強器(5)的上方依次設(shè)有所述CCD攝像機￠)、圖像采集卡(7)、計算機(8)以及熱成形機控制器(11)，所述顯示屏(10)與圖像灰度識別控制卡(9)分別通過數(shù)據(jù)線與所述計算機(8)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測裝置，其特征在于所述X射線發(fā)生器的焦點邊長100?105mm、管電壓400kV?600kV以及管電流5mA ；所述人工放射源為鈷-60、銥-192、銫-137中的任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于薄板熱成形性能試驗中試樣失穩(wěn)的檢測裝置，其特征在于所述圖像增強器的輸入屏直徑250?300mm、分辨率> 6LP/mm，所述圖像增強器位于距所述凸模頂部正上方50?80mm處；所述CXD攝像機的分辨率彡500?600線；所述圖像采集卡的灰度等級> 10位。
【文檔編號】G01N33/20GK104198673SQ201410446618
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】錢健清, 陳堯, 王濤, 李震, 李志慶 申請人:安徽工業(yè)大學(xué)