一种金属板料无摩擦条件下材料高温flc测试方法
技术领域
本发明属于薄板成型检测
技术领域
，尤其是涉及一种金属板料无摩擦条件下材料高温FLC测试方法。背景技术
成形极限图是判断和评价板料冲压成形性能的重要依据，在冲压成形过程中材料主要受拉应力作用，材料发生减薄，严重条件下会发生开裂；局部区域会有压缩，严重条件下会导致起皱。
金属板材室温状态下成形极限曲线通过国标GB/T15825.8-2008《金属薄板成形性能与试验方法-成形极限图(FLD)测定指南》来进行试验测试：板料切割成10种(每种至少3片)不同尺寸的料片然后利用电化学法进行网格印制；通过标准模具进行成形直至开裂；处理网格数据应变，从而得到不同应变路径下的主次应变进而得到板料的成形极限曲线。然而该方法无法实现板料在高温条件下的成形极限曲线（FLC）。
公开号为CN 106053259A的专利公开了《一种薄板高温成形极限试验装置》，该装置中板料的升温过程依靠模具中的内置加热棒，模具升温将热量传递给板料；然而该加热方式无法实现热成形工艺中先升温后降温至不同温度条件下成形极限测量；且对于22MnB5型热成形钢板料升温需要完全奥氏体化（900摄氏度左右）；模具材料和加热棒难以承受如此高的温度。板料变形是依靠模具拉伸板料实现，板料与模具中间摩擦系数较大（钢板热成形条件下摩擦系数是0.4-0.6），断裂位置不在中间（中间位置板料不流动），改变了材料应有的断裂路径。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种金属板料无摩擦条件下材料高温FLC测试方法，以避免摩擦对材料断裂路径的影响，提高测量结果的准确度。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种金属板料无摩擦条件下材料高温FLC测试装置，包括夹持机构，夹持机构内设有贯通的腔体，夹持机构用于将板料夹紧固定且板料将腔体分隔为上下两段；
温度调节机构，所述温度调节机构设于板料下方的腔体内，用于对板料加热和/或降温；
图像采集机构，所述图像采集机构设于夹持机构上方，用于对板料拍照；
加压机构，所述加压机构与腔体下端开口连通，用于向腔体内注入气体并通过板料上方与下方的气压差使板料变形破裂。
具体地，所述夹持机构包括上模块及下模块，上模块及下模块均设有通孔，板料设于上模块与下模块之间；优选地，板料与上模块及下模块之间均设有绝热垫。
具体地，所述温度调节机构包括设于腔体内的加热线圈及风冷组件，所述加热线圈用于加热板料，所述风冷组件的出风口朝向板料设置，风冷组件用于使板料降温。
具体地，还包括温度传感器，所述温度传感器设于夹持机构上方，温度传感器与温度调节机构电性连接。
具体地，腔体上端开口处可拆卸密封连接有透明盖板；优选地，透明盖板的材质为玻璃。
一种金属板料无摩擦条件下材料高温FLC测试方法，包括以下步骤：
（1）对板料进行刻蚀形成初始网格，优选地，板料在刻蚀前经过机械加工减薄形成测试区，在板料的测试区刻蚀形成初始网格，进一步优选的，初始网格深度为0.001-0.01mm；
（2）将板料通过夹持机构夹紧固定；
（3）通过温度调节机构对板料加热、降温或保温；
（4）加压机构向夹持机构内的腔体注气，通过气压差使板料变形至破裂，优选地，板料破裂位置为板料中部且只有一个应变峰；
（5）图像采集机构对板料拍摄照片。
具体地，步骤（3）-（5）过程中板料始终处于惰性气体保护下；优选地，加压机构及温度调节机构吹出的气体均为惰性气体；进一步优选地，惰性气体为氩气。
具体地，步骤（3）的具体作法如下：先升温至一定温度并保温，再降温至一定温度并保温；优选地，加热线圈的供电电流为100-1000A，供电频率为20-120KHz。
具体地，步骤（4）中加压机构施加的气压为0-20MPa，加压机构注气开始至板料破裂的时间≤2s。
具体地，步骤（5）中拍摄照片的频率≥20帧/s。
相对于现有技术，本发明所述的金属板料无摩擦条件下材料高温FLC测试方法具有以下优势：
（1）本发明所述的测试方法与现有高温FLC测试技术相比，通过气压驱动使板料发生形变直至破裂，而非通过冲击头与板料直接接触，能够消除摩擦对材料断裂路径的影响，使测试数据结果更加准确；
（2）本发明所述的测试方法通过加工板料改变测试区形状及尺寸，控制断裂前的应变状态，板料温度和形变通过温度调节机构容易控制，操作简便。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的测试装置的剖视结构示意图；
图2为本发明实施例所述的夹持机构与板料的连接结构示意图；
图3为本发明实施例所述的测试方法绘制的成形极限曲线示意图。
附图标记说明：
1、板料；2、上模块；3、下模块；4、风冷组件；5、加热线圈；6、温度传感器；7、图像采集机构；8、透明盖板；9、测试区。
具体实施方式
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明中的测试方法是将板料1的测试区9进行机械加工减薄；激光刻蚀网格；安装至夹持机构中固定；分别采用加热线圈5和风冷组件4对测试区9板料1进行升温、快速降温和保温；测试装置内通入气体，压力逐渐增加大，直至板料1破裂；板料1外侧图像采集机构7拍摄板料1从变形到破裂全过程；对板料1破裂前应变状态进行分析，获得最大应变和最小应变。该种测试方法中板料1变形依靠气体压力驱动，夹持机构与板料1的测试区9没有直接接触（无摩擦条件下的成形极限曲线，FLC），通过改变板料1的测试区9形状控制断裂前的应变状态；板料1温度和形变容易控制，操作简便。
上述测试方法使用的测试装置如图1-2所示，包括夹持机构，夹持机构内设有贯通的腔体，夹持机构用于将板料1夹紧固定且板料1将腔体分隔为上下两段，所述夹持机构包括上模块2及下模块3，上模块2及下模块3均设有通孔，板料1设于上模块2与下模块3之间，板料1与上模块2及下模块3之间均设有绝热垫，腔体上端开口处可拆卸密封连接有透明盖板8，本实施例中透明盖板8的材质为玻璃；
温度调节机构，所述温度调节机构设于板料1下方的腔体内，用于对板料1加热和/或降温，所述温度调节机构包括设于腔体内的加热线圈5及风冷组件4，所述加热线圈5用于加热板料1，所述风冷组件4的出风口朝向板料1设置，风冷组件4用于使板料1降温，还包括温度传感器6，所述温度传感器6设于夹持机构上方，温度传感器6与温度调节机构电性连接；
图像采集机构7，所述图像采集机构7设于夹持机构上方，用于对板料1拍照；
加压机构，所述加压机构与腔体下端开口连通，用于向腔体内注入气体并通过板料1上方与下方的气压差使板料1变形破裂。
本实施例根据1.5GPa热成形钢热成形条件，测试600℃，700℃和800℃条件下的等温FLC曲线，为热成形钢冲压成形工艺分析提供成形性能判据。
实施例1
A: 对2.0mm厚的待测试板料1进行机械加工减薄形成测试区9，测试区9根据所需应变状态设计可以选择不同形状，应变状态数量不低于7个，要保证左象限区(主应变Majorstrain大于0，次应变Minor strain小于0)和右象限区（(主应变Major strain大于0，次应变Minor strain大于0)）至少3点，本实施例中的测试区9的厚度为1.5mm，应变状态为8种；
B：待测试板料1的测试区9进行激光刻蚀获得初始网格，记录初始网格的尺寸数据，激光刻蚀网格的深度为0.001~0.010mm，本实施例中网格深度为0.005mm；
C: 待测试板料1安装至夹持机构中固定并压紧，待测试板料1与夹持机构的上模块2及下模块3之间均放置绝热垫；待测试板料1与透明盖板8之间的腔体和下模块3内的腔体中先通入惰性气体（氩气，氦气等）置换原有空气，本实施例中使用的为氩气，且在测试结束前始终冲入氩气保护，防止板料1在后续加热和成形中发生严重氧化；
D：分别采用加热线圈5和风冷组件4对测试区9板料1进行升温、快速降温和保温，本实施例中使用的为平板感应加热线圈5，其连接有加热电源为其供电使其发热，加热电源的供电电流为100-1000A，供电频率范围：20-120KHZ；温度传感器6实时感应测试区9温度，并发送至处理器，处理器将接收的温度数据与设定温度进行对比，如果超出设定温度范围，则控制加热线圈5或风冷组件4对温度进行调节，本实施例中先通过加热线圈5以10℃/s的速率升温至930℃，并保温3min。再以＞30℃/s的冷却速率降低至800℃，并保温3s；
E：启动加压机构，向下模块3的腔体内通入气体，腔体内的气压P1逐渐增加大，由于板料1上下两面的气压差逐渐增大，使板料1发生变形直至板料1破裂，本实施例中P1的压力范围为0-20MPa，气压升高速度为10MPa/s，在2S内完成板料1从变形直至板料1破裂，之后关闭加压机构，并快速泄压；
F：板料1外侧的图像采集机构7拍摄板料1从变形到破裂全过程，拍照的频率不低于20帧/s；
G：根据照片识别板料1破裂前网格的尺寸变化，对应变状态进行分析，获得最大应变和最小应变，重复实验3次，破裂位置只能发生在板料1中心位置，即只有一个应变峰，如果不在板料1测试区9中心位置或出现多个应变峰则本次测试无效，需要剔除该组数据。
实施例2
与实施例1的区别在于，步骤D中降温至700℃，其他操作步骤与实施例1相同。
实施例3
与实施例1的区别在于，步骤D中降温至600℃，其他操作步骤与实施例1相同。
实施例1-3测得的无摩擦条件下热成形钢高温FLC曲线如图3所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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