模拟非等温成形过程的装置及方法，它涉及一种组装在热机械测试系统上模拟金属板部件非等温成形的设备和方法。以解决现有的执行模拟成形动作的装置结构不紧凑且体积较大的问题。模拟设备包括基座、框架、模具、第一绝缘支架、冲头、钣料支架、第二绝缘支架、导柱。成形方法是作为胚料的板料通过滑动绝缘滑块连接到压边机上并且定位在冲头的中间并沿水平方向冲模。它根据所需的成形形状选择钣料。该装置实现了高精度承载加热加压，高精度捕捉温度，并高精度成形。该装置可以装配在现有的热模拟机上接受并实现模拟机带来的任何加热过程。该装置还可以外接其他加热设备。由于实现了功能单元化、模块化，解决了现有技术的结构不紧凑和体积较大的问题。
1.模拟非等温成形过程的装置，其特征在于，它包括以下部分：
基座(1)：两个基座(1)分别设置在两个框架(2)的两端外侧，用于将其自身装配在热机械测试系统中；
框架(2)：两个框架(2)分别位于水平设置的四根导柱(9)的两端上，并以其向前凸出的凸缘(2-1)，侧面依附固定在基座(1)的内侧端面上；
模具(3)：侧面为“M”形的模具(3)的后端固定在凸缘(2-1)的内侧；
第一绝缘支架(5)：嵌入框架(2)中，切断板料支架(7)与导柱(9)之间的电流，使热机械测试系统传过来的电流被绝缘屏蔽；
冲头(6)：侧面为“U”形的冲头(6)的前端朝向模具(3)，“M”形的实体与“U”形的空缺之间对应吻合，冲头(6)的后端通过传导柱(10)与框架(2)和基座(1)形成联动，在设置于测试系统中的、基座(1)外侧的液压油缸(11)推拉下，冲头(6)获得前行和后退的动力，其中导柱(9)给框架(2)提供导向；
板料支架(7)：板料支架(7)的后半部分板体通过绝缘套体滑动套装在四个导柱(9)的柱体上以获得水平运动的导向，板料支架(7)的前半部分板体夹装被加工的板料(4)的后侧的侧立边，板料(4)的前侧的侧立边连接到热机械测试系统的压边机上，在压边机的携带下运动；
第二绝缘支架(8)：设置在板料支架(7)的夹子与两个压边器之间，实现绝缘支撑，以避免短路并提高试验台的稳定性；
导柱(9)：定位两个框架(2)，并给板料支架(7)提供滑动导向。
2.根据权利要求1所述模拟非等温成形过程的装置，其特征在于作坯料的板料(4)通过螺钉(13)的边缘压在压边机的压边框(12)上。
3.应用权利要求1所述模拟非等温成形过程的装置的成形方法，其特征在它包括以下步骤：A.模拟设备通过将其基座(1)夹在热机械测试系统中完成在系统上的装配；
C.在预设的加热温度下加热板料，模拟燃气炉、电炉或导电加热器加热的方法；
G.冲头(6)沿着导柱(9)以规定的速度向板料移动，并在恒定或可变的情况下将其压在模具(3)上，施加一定的闭合力使板料变形为所需的成形形状；闭合时间根据要求控制从几秒到几分钟不等；
J.通过热机械测试系统测量和记录温度和负载的实时变化。
4.根据权利要求3所述应用模拟非等温成形过程的装置的成形方法，其特征在于步骤B中，将润滑剂和涂层施加到模具(3)表面上。
5.根据权利要求3所述应用模拟非等温成形过程的装置的成形方法，其特征在于步骤B中，在坯料的侧壁上焊接一对热电偶以实时监测其温度并且给予加热过程的反馈控制。
6.根据权利要求3所述应用模拟非等温成形过程的装置的成形方法，其特征在于在步骤C后还包括D.将板料在预定的温度下保温一定的时间。
7.根据权利要求6所述应用模拟非等温成形过程的装置的成形方法，其特征在于在步骤D后还包括E.成形之前预设冷却曲线到热机械反馈控制系统的程序中，使板料缓慢冷却。
8.根据权利要求7所述应用模拟非等温成形过程的装置的成形方法，其特征在于步骤E后还包括F.在板料冷却或者加热之后，通过预设的加热或者冷却曲线继续冷却或加热板料。
9.根据权利要求3所述应用模拟非等温成形过程的装置的成形方法，其特征在于步骤H后还包括I.将板料再加热并在预定温度下保持一段时间，通过控制预设的保温时间和温度，模拟人工时效或者烤漆过程。
模拟非等温成形过程的装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种组装在热机械测试系统上的模拟设备，具体涉及模拟金属板部件非等温成形的设备。本发明还涉及一种模拟非等温成形过程的方法。
背景技术
[0002] 非等温成形技术一直被广泛应用于钣金零件的生产。非等温成形的工艺日渐成熟，例如温热冲压由加热、保温、转移和成形工艺组成，需要由加热装置、传送设备和气动/液压机组成的设备支持。
[0003] 非等温成形技术的应用越来越广泛，可用于形状复杂的金属材料零件的生产和加工，例如汽车钣金零件；还可以用于其它复合增强材料的生产和加工，例如生产和加工碳纤维增强热塑性复合材料，用于航空航天、飞机上的零件。
[0004] 在非等温成形技术整合FAST技术，通过在板材加热过程中采用超高的加热(或骤冷)速率，既满足了成形件诸多性能上的要求，又极大地提高了生产效率，降低了生产成本。成形、加工技术成形过程中涉及到的加热、保温、转移、成形、淬火过程的总生产周期可缩短至15秒以内。而这些新成形技术也对新的智能生产装备提出了新的要求。
[0005] 由于非等温成形技术设备加工零件的种类、尺寸、材料和技术要求经常有变化，必须设置一个模拟设备来检验加工成形工艺是否能够达到要求。如果没有合格的模拟设备，成形或加工效果无法得到快速的检验，势必成为整个加工成形环节的短板。
[0006] 目前的模拟设备一般由热机械测试系统、热机械反馈控制系统和模拟装置组成，热机械反馈控制系统给模拟装置输出控制命令，由模拟装置完成相应的成形动作，同时由热机械测试系统采集成形过程中相应的力学和温度数据。上述的热机械反馈控制系统和热机械测试系统比较成熟，而执行模拟成形动作的模拟装置结构不紧凑且体积较大。
发明内容
[0007] 本发明提供一种模拟非等温成形过程的装置及方法，以解决现有的执行模拟成形动作的装置结构不紧凑且体积较大的问题。所述模拟设备包括以下部分：
[0008] 基座1：两个基座1分别设置在两个框架2的两端外侧，用于将其自身装配在热机械测试系统中；
[0009] 框架2：两个框架2分别位于水平设置的四根导柱9的两端上，并以其向前凸出的凸缘2-1，侧面依附固定在基座1的内侧端面上；
[0010] 模具3：侧面为“M”形的模具3的后端固定在凸缘2-1的内侧；
[0011] 第一绝缘支架5：嵌入框架2中，切断板料支架7与导柱9之间的电流，使热机械测试系统传过来的电流被绝缘屏蔽；
[0012] 冲头6：侧面为“U”形的冲头6的前端朝向模具3，“M”形的实体与“U”形的空缺之间对应吻合，冲头6的后端通过传导柱10与框架2和基座1形成联动，在设置于测试系统中的、基座1外侧的液压油缸11推拉下，冲头6获得前行和后退的动力，其中导柱9给框架2提供导向；
[0013] 板料支架7：板料支架7的后半部分板体通过绝缘套体滑动套装在四个导柱9的柱体上以获得水平运动的导向，板料支架7的前半部分板体夹装被加工的板料4的后侧的侧立边，板料4的前侧的侧立边连接到热机械测试系统的压边机上，在压边机的携带下运动；
[0014] 第二绝缘支架8：设置在板料支架7的夹子与两个压边器之间，实现绝缘支撑，以避免短路并提高试验台的稳定性；
[0015] 导柱9：定位两个框架2，并给板料支架7提供滑动导向。
[0016] 成形工作时，作为坯料的板料4通过滑动绝缘滑块连接到压边机上并且定位在冲头6的中间并沿水平方向冲模。将坯料附接到压边框的方法可以是螺钉紧固，夹紧或任何其他任何可能的方法。可根据所需的成形形状选择板料。该装置实现了高精度承载加热加压，高精度捕捉温度，并高精度成形。该装置可以装配在现有的热模拟机上，加热通过模拟机实现的，该装置接受并实现模拟机带来的任何加热过程。该装置还可以外接其他加热设备。由于实现了功能单元化、模块化，解决了现有技术存在的结构不紧凑和体积较大的问题。
[0017] 本发明是一种组装在热机械测试系统上的多功能模拟设备，用于自动模拟金属板部件的非等温成形过程。它适用于集成到紧凑的测试设备中，并且能够在没有大型压制设备支持的情况下完成模拟和优化成形过程。该设备具有热机械反馈控制系统，可以高精度地编程复杂的热机械过程，具有极高的模拟成型过程的灵活性。
[0018] 模拟非等温成形过程的方法包括以下步骤：
[0019] A.模拟设备通过将其基座1夹在热机械测试系统中完成在系统上的装配；
[0020] B.板料4连接到两个板料支架7上；
[0021] C.在预设的加热温度下加热板料，模拟燃气炉、电炉或导电加热器加热的方法；
[0022] G.冲头6沿着导柱9以规定的速度向板料移动，并在恒定或可变的情况下将其压在模具3上，施加一定的闭合力使板料变形为所需的成形形状；闭合时间根据要求控制从几秒到几分钟不等；
[0023] H.冲压完成后，冲头自动移回初始位置；
[0024] J.通过热机械测试系统测量和记录温度和负载的实时变化。
附图说明
[0025] 图1是本发明的结构示意图。图2是板料4连接到压边机上的示意图。图3是实施方式一加工成形的零件。图4是基座的零件机构示意图。图5是框架的零件机构示意图。图6是模具的零件机构示意图。图7是板料的零件机构示意图。图8是绝缘支架的零件机构示意图。图9是冲头的零件机构示意图。图10是板料支架的零件机构示意图。图11是绝缘支架的零件机构示意图。图12是导柱的零件机构示意图。
具体实施方式
[0026] 具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式。
[0027] 本实施方式在描述和限定设备结构时，以图1中设备的可视面为前，以设备的不可视面为后。所述模拟设备包括以下部分：
[0028] 基座1：两个基座1分别设置在两个框架2的两端外侧，用于将其自身装配在热机械测试系统中；
[0029] 框架2：两个框架2分别位于水平设置的四根导柱9的两端上，并以其向前凸出的凸缘2-1，侧面依附固定在基座1的内侧端面上；
[0030] 模具3：侧面为“M”形的模具3的后端固定在凸缘2-1的内侧；
[0031] 第一绝缘支架5：嵌入框架2中，切断板料支架7与导柱9之间的电流，使热机械测试系统传过来的电流被绝缘屏蔽；第一绝缘支架5在使用时有三个要求：绝缘、耐高温、刚度高。出于绝缘需求，该零件需要使用绝缘材料。常用的绝缘材料有塑料和硅。塑料耐高温性能较低。硅易碎。考虑需承受较大压强的情况下保证螺纹不被破坏，塑料更合适。又需要考虑其耐高温性能，第一绝缘支架5需要远离板料。因此，第一绝缘支架5只能嵌入框架2中，而不能嵌入板料支架。
[0032] 冲头6：侧面为“U”形的冲头6的前端朝向模具3，“M”形的实体与“U”形的空缺之间对应吻合，冲头6的后端通过传导柱10与框架2和基座1形成联动，在设置于测试系统中的、基座1外侧的液压油缸11推拉下，冲头6获得前行和后退的动力，其中导柱9给框架2提供导向；
[0033] 板料支架7：板料支架7的后半部分板体通过绝缘套体滑动套装在四个导柱9的柱体上以获得水平运动的导向，板料支架7的前半部分板体夹装被加工的板料4的后侧的侧立边，板料4的前侧的侧立边连接到热机械测试系统的压边机上，在压边机的携带下运动；
[0034] 第二绝缘支架8：设置在板料支架7的夹子与两个压边器之间，实现绝缘支撑，以避免短路并提高试验台的稳定性；
[0035] 导柱9：定位两个框架2，并给板料支架7提供滑动导向。
[0036] 成形工作前，作为坯料的板料4连接到压边机上，具体是通过螺钉13的边缘压在压边机的压边框12上，可以使用至少四个螺钉13，分别压在板料4的四个边角上，并且定位在冲头6的中间，冲头6沿水平方向冲模，板料4在冲模力的作用下从螺钉13的压迫中脱离出来，填充在冲头6与模具3之间的空缺中。
[0037] 本实施方式具有以下优点：
[0038] (1)紧凑的设计。由于其重量轻(约10kg)并且紧凑设计尺寸为230×160×170mm3。与现有解决方案相比，本发明更容易使用，移动和存储。此外，更换和制造设备的每个部分都将更便宜。此外，紧凑的设计有利于提高能源与空间效率。
[0039] (2)智能模块化设计。本发明可以组装到不同的热机械测试系统上，例如，Gleeble和Instron，通过改变基座的几何形状来实现自动成形工艺。另外，所需的不同成形形状可以通过使用不同的几何形状的冲头和模具来实现。本发明也适用于成形不同的材料，例如，钢，钛合金，铝合金，镁合金和复合材料。
[0040] (3)多功能流程。通过利用热机械测试系统的高频反馈回路来处理参数，例如，加热/冷却速度，加热/冷却温度，保温时间，模具移动速度和模具闭合力，这些都可以高精度和灵活地通过数字来进行控制。因此，通过控制所需加热和冷却的不同速率来模拟特定的加热/冷却设施，例如，炉加热，传导加热，水冷，油冷和空冷。此外，还可以通过预设恒定或可变的负载来压缩板料板料(通过使用不同的加热速率来模拟不同的加热方式。例如，5℃/s左右的加热用以模拟炉加热。50℃/s左右的加热用以模拟传导加热)。由于其紧凑的尺寸，该设备也可以在密封室内组装使用以实现真空条件，而其他类似装置都装备在大型冲压机上，难以实现真空条件。
[0041] (4)多周期流程。本发明设备除了可以模拟单个加热和压缩过程之外，还可以组合多循环过程，其中包括加热，冷却和压缩，从而能够更好地模拟真实的工业成形过程。
[0042] 具体实施方式二：模拟非等温成形过程的方法包括以下步骤：
[0043] A.模拟设备通过将其基座1夹在热机械测试系统中完成在系统上的装配；
[0044] B.板料4连接到两个板料支架7上。根据成形目标形状选择模具的初始几何形状；最佳是将润滑剂和涂层施加到模具表面上。为了更好地监测温度，在坯料的侧壁上焊接一对热电偶以实时监测其温度并且给予加热过程的反馈控制；
[0045] C.在预设的加热温度下加热板料，其可以模拟燃气炉，电炉，导电加热器或任何其他可加热的方法；
[0046] D.如果需要，该设备还可以将板料在预定的温度下保温一定的时间；
[0047] E.如果需要，为了能更好地模拟加热到冲压的转移过程，该设备可以在成形之前预设冷却曲线到热机械反馈控制系统的程序中，使板料缓慢冷却；
[0048] F.如果需要，在板料冷却或者加热之后，该设备还可以通过预设的加热或者冷却曲线继续冷却或加热板料；
[0049] G.冲头6沿着导柱9以规定的速度向板料移动，并在恒定或可变的情况下将其压在模具上3，施加一定的闭合力使板料变形为所需的成形形状。期间，闭合时间可以根据要求控制从几秒到几分钟不等；
[0050] H.冲压完成后，冲头会自动移回初始位置；
[0051] I.如果需要，将板料再加热并在预定温度下保持一段时间，这个时间从几分钟到几小时不等。通过控制预设的保温时间和温度，可以模拟人工时效或者烤漆过程；
[0052] J.通过热机械测试系统测量和记录温度和负载的实时变化。
