一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置及其试验方法

本发明涉及金属板材冲压成形，尤其涉及一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置及其试验方法。

背景技术：

1、金属板材冲压成形技术已在航空航天、汽车船舶、仪表设备等研究领域广泛应用。随着板材冲压深度的增加和形状复杂程度的变化，在冷冲压过程中容易出现开裂和回弹问题，这严重影响了冲压构件的成形质量和尺寸精度。热冲压成形技术通过将坯料加热至一定温度，然后迅速转移到模具中进行高速冲压成形。由于金属薄板材料在高温下的流变应力降低，能够降低成形过程中冲压开裂的风险及回弹缺陷。然而，传统热冲压成形技术由于需要在热处理炉中对材料或模具进行加热，并在冲压时将其转移到冲压设备上，这个过程中存在热能损耗。此外，由于模具散热较慢，无法通过快速冷却对成品的性能进行有效控制且在热冲压成形后，构件无法及时取出，冲压效率较低。

2、公开号为cn103394557b的发明专利中公开了一种用于q&p一步法热冲压成形的u形弯曲件模具装置，通过设置电热偶和加热柜对待加工件进行加热，此外，设置风道与鼓风机连接对冲压成型件进行快速冷却。但是该模具装置在使用过程中不能对待加工件进行按压，因此，在热冲压过程中待加工件移动时，由于受到上模座向下的冲压作用，会导致待加工件两侧产生卷边的情况；而且该模具装置功能比较单一，在冲压成形后需要对多余的边角料进行切割时，需要重新划线，但是由于成形件的形状不是规则的平面形状，因此，不便于划线。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置及其试验方法，该试验装置能够在冲压成形之前对金属薄板进行加热，在冲压成形之后对试验装置进行快速散热，提高冲压效率，实现高质量、强性能的金属薄板冲压构件快速成形；此外，通过按压组件的设置可以防止金属薄板在热冲压过程中移动时发生卷边，同时还能够对金属薄板进行划线，方便后续裁剪切割。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置，包括冲压内模和冲压外模，所述冲压内模和冲压外模上均设有用于连接外能材料试验机的支撑座；所述冲压内模和冲压外模内均可拆卸设有用于对金属薄板进行加热的热电偶；所述冲压外模上还开设有若干液氮流动通道。

4、进一步的，所述冲压内模的圆角底边和冲压外模开口处的两侧均设有热电偶插入通孔。

5、进一步的，所述冲压外模的前后侧壁上均设有液氮流动槽，若干个所述液氮流动通道均与所述液氮流动槽连通设置，其中一个液氮流动槽上开设有液氮通入孔，另外一个液氮流动槽上开设有液氮流出孔。

6、进一步的，所述冲压外模及对应的支撑座上设有两组用于避免所述金属薄板在热冲压过程中发生卷边的按压组件，且两组所述按压组件对称设置在所述冲压外模顶部开口的两侧。

7、进一步的，所述按压组件包括设置在所述支撑座上的支撑轴，以及设置在所述冲压外模侧面的下支撑块，所述支撑轴的顶部通过转动升降机构活动连接有上支撑块，所述上支撑块的底部活动设有两个用于对所述金属薄板进行划线的画笔。

8、进一步的，所述上支撑块的底部，以及所述下支撑块的顶部均设有滚珠，且所述下支撑块上设置的滚珠的顶面与所述冲压外模的顶面平齐。

9、进一步的，所述转动升降机构包括转动贯穿所述支撑轴的转动轴，所述转动轴的顶部外转动套设有连接套筒，所述连接套筒的顶部连接有内螺纹套筒，所述内螺纹套筒内螺纹连接有螺杆，所述螺杆的顶部与所述上支撑块的底部固定连接；且所述螺杆的底部固设有限位方杆，所述转动轴的顶部中心开设有与所述限位方杆相匹配的限位方孔。

10、进一步的，所述上支撑块内沿前后方向转动设有双向丝杠，所述双向丝杠的前端贯穿所述上支撑块的前侧面，且所述双向丝杠的前端固定连接有操作盘，所述操作盘与所述上支撑块的前侧面之间还设有用于限制所述操作盘转动的限位机构，每个所述画笔的顶部均固设有连接杆，两个所述连接杆分别对应套设在所述双向丝杠的两个旋向上。

11、进一步的，所述限位机构包括固设在所述上支撑块前侧面上的固定齿轮盘，所述操作盘上滑动贯穿设有两个调节杆，两个所述调节杆的后端固定连接有活动齿轮盘，所述活动齿轮盘活动套设在所述固定齿轮盘外，两个所述调节杆的前端固定连接有同一拉杆，所述拉杆与所述操作盘之间设有两个第二复位弹簧，两个所述第二复位弹簧分别对应套设在两个所述调节杆外。

12、进一步的，本发明还包括如前所述的一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置的试验方法，具体包括以下步骤：

13、s1：将试验装置安装在万能材料试验机上，并调节金属薄板的位置；

14、s2：通过热电偶对金属薄板加热，并进行热冲压；

15、s3：向液氮流动通道中注入液氮，对冲压外模进行冷却；

16、s4：卸载试验装置，并取出冲压成形后的金属薄板。

17、本发明的有益效果是：

18、1、本发明中的试验装置在冲压成形之前，通过热电偶对金属薄板进行加热，在冲压成形之后通过向冲压外模内注入液氮对模具进行快速散热，提高冲压效率，实现高质量、强性能的金属薄板冲压构件快速成形。且在冲压成形之前对金属薄板进行局部加热，相较于传统的热冲压成形工艺，可以达到降低能耗的作用。

19、2、本发明中的试验装置可以单独进行金属薄板的加热或者冷却，从而实现金属薄板的冷冲压成形、热冲压成形、热冲压成形-冷却三种加载方式下的金属薄板冲压成形，功能更加多样化。

20、3、本发明中的试验装置通过在冲压外模及相对应的支撑座上设置两个按压组件，可以避免金属薄板在热冲压过程中发生移动时产生卷边的情况，按压组件中的下支撑块对金属薄板的底部进行支撑，上支撑块对金属薄板的顶部进行按压，从而使得金属薄板在水平移动过程中不会产生卷边，上支撑块底部和下支撑块顶部设置的滚珠可以减小与金属薄板之间的摩擦力，也避免了对金属薄板产生擦痕损伤。

21、4、本发明中的试验装置通过转动升降机构的设置，可以对上支撑块的高度和角度进行调节，上支撑块角度的调节可以方便放置金属薄板以及将冲压成形后的成形件从模具中取出，上支撑块高度的调节可以使其适用于不同厚度的金属薄板。

22、5、本发明中的试验装置在上支撑块上还活动设有两个画笔，通过两个画笔位置的调节，可以在热冲压过程中金属薄板移动时对金属薄板进行特定宽度的划线，金属薄板前后方向的划线可以直接通过调节两个画笔之间的距离来实现，便于在热冲压成形之后对多余部分进行裁剪切割。

技术特征：

1.一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置，包括冲压内模（2）和冲压外模（3），所述冲压内模（2）和冲压外模（3）上均设有用于连接外能材料试验机的支撑座（1）；其特征在于：所述冲压内模（2）和冲压外模（3）内均可拆卸设有用于对金属薄板（6）进行加热的热电偶；所述冲压外模（3）上还开设有若干液氮流动通道（301）。

2.根据权利要求1所述的一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置，其特征在于：所述冲压内模（2）的圆角底边和冲压外模（3）开口处的两侧均设有热电偶插入通孔（4）。

3.根据权利要求2所述的一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置，其特征在于：所述冲压外模（3）的前后侧壁上均设有液氮流动槽（5），若干个所述液氮流动通道（301）均与所述液氮流动槽（5）连通设置，其中一个液氮流动槽（5）上开设有液氮通入孔（501），另外一个液氮流动槽（5）上开设有液氮流出孔（502）。

4.根据权利要求1所述的一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置，其特征在于：所述冲压外模（3）及对应的支撑座（1）上设有两组用于避免所述金属薄板（6）在热冲压过程中发生卷边的按压组件，且两组所述按压组件对称设置在所述冲压外模（3）顶部开口的两侧。

5.根据权利要求4所述的一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置，其特征在于：所述按压组件包括设置在所述支撑座（1）上的支撑轴（7），以及设置在所述冲压外模（3）侧面的下支撑块（8），所述支撑轴（7）的顶部通过转动升降机构活动连接有上支撑块（9），所述上支撑块（9）的底部活动设有两个用于对所述金属薄板（6）进行划线的画笔（10）。

6.根据权利要求5所述的一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置，其特征在于：所述上支撑块（9）的底部，以及所述下支撑块（8）的顶部均设有滚珠（11），且所述下支撑块（8）上设置的滚珠（11）的顶面与所述冲压外模（3）的顶面平齐。

7.根据权利要求5所述的一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置，其特征在于：所述转动升降机构包括转动贯穿所述支撑轴（7）的转动轴（12），所述转动轴（12）的顶部外转动套设有连接套筒（13），所述连接套筒（13）的顶部连接有内螺纹套筒（14），所述内螺纹套筒（14）内螺纹连接有螺杆（15），所述螺杆（15）的顶部与所述上支撑块（9）的底部固定连接；且所述螺杆（15）的底部固设有限位方杆（16），所述转动轴（12）的顶部中心开设有与所述限位方杆（16）相匹配的限位方孔（17）。

8.根据权利要求5所述的一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置，其特征在于：所述上支撑块（9）内沿前后方向转动设有双向丝杠（20），所述双向丝杠（20）的前端贯穿所述上支撑块（9）的前侧面，且所述双向丝杠（20）的前端固定连接有操作盘（21），所述操作盘（21）与所述上支撑块（9）的前侧面之间还设有用于限制所述操作盘（21）转动的限位机构，每个所述画笔（10）的顶部均固设有连接杆（25），两个所述连接杆（25）分别对应套设在所述双向丝杠（20）的两个旋向上。

9.根据权利要求8所述的一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置，其特征在于：所述限位机构包括固设在所述上支撑块（9）前侧面上的固定齿轮盘（22），所述操作盘（21）上滑动贯穿设有两个调节杆（23），两个所述调节杆（23）的后端固定连接有活动齿轮盘（24），所述活动齿轮盘（24）活动套设在所述固定齿轮盘（22）外，两个所述调节杆（23）的前端固定连接有同一拉杆（26），所述拉杆（26）与所述操作盘（21）之间设有两个第二复位弹簧（27），两个所述第二复位弹簧（27）分别对应套设在两个所述调节杆（23）外。

10.如权利要求1-9任一项所述的一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种金属薄板热冲压及冷却一体化试验装置及其试验方法，属于金属板材冲压成形技术领域。所述试验装置包括冲压内模和冲压外模，冲压内模和冲压外模上均设有用于连接外能材料试验机的支撑座；冲压内模和冲压外模内均可拆卸设有用于对金属薄板进行加热的热电偶；冲压外模上还开设有若干液氮流动通道。此外，本发明的试验装置中还设有用于防止金属薄板卷边的按压组件，按压组件包括下支撑块和高度角度可调的上支撑块，上支撑块上活动设有两个用于对金属薄板进行划线的画笔。本发明中的试验装置能够在冲压成形之前对金属薄板进行加热，在冲压成形之后对试验装置进行快速散热，提高冲压效率，实现高质量、强性能的金属薄板冲压构件快速成形。

技术研发人员：杨岩峰,金凤臻,李恒,蔡文涛,赵张龙
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15