本發(fā)明屬于金屬熱處理模擬，具體涉及一種驗(yàn)證淬火模擬模型精度的試樣及方法。

背景技術(shù)：

1、鋁合金具有優(yōu)良的綜合性能，廣泛地應(yīng)用于航空航天工業(yè)。為了獲得高的強(qiáng)度，固熔淬火處理是鋁合金重要的熱處理工序。對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)件和薄壁件來說，淬火處理極易使零件發(fā)生變形，為了調(diào)控和預(yù)測這種變形，需要在計(jì)算模擬過程中準(zhǔn)確預(yù)測各部位溫度場和應(yīng)力場的變化，而這又取決于更準(zhǔn)確的應(yīng)力模型。

2、當(dāng)前，存在一些用于測試熱處理變形的試樣和方法。例如，現(xiàn)有技術(shù)公開了一種用于冷作模具鋼真空淬火變形測試試驗(yàn)的嵌套試樣，通過套娃結(jié)構(gòu)測量變形，但該方法主要針對特定鋼材，且試樣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測量可能存在誤差，并且未能充分考慮多方向變形。又如，現(xiàn)有技術(shù)公開了一種箱體類鑄鋁件的熱處理變形控制方法，其中使用c型試樣來修正數(shù)學(xué)模型，但c型試樣尺寸較小，通常僅能反映單一方向的變形，對于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)、壁厚差異大、可能發(fā)生多方向變形與扭轉(zhuǎn)的鑄件，其模型修正能力有限。因此，現(xiàn)有的模型驗(yàn)證方法在全面性和準(zhǔn)確性方面存在不足，難以滿足對復(fù)雜零件淬火變形進(jìn)行高精度預(yù)測的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種驗(yàn)證淬火模擬模型精度的試樣，旨在利用特殊設(shè)計(jì)的試樣進(jìn)行淬火實(shí)驗(yàn)，試樣的結(jié)構(gòu)能夠放大不同方向上的變形量，從而能夠更準(zhǔn)確地對試樣的變形量進(jìn)行測量，以判斷試樣在淬火實(shí)驗(yàn)中的變形情況，基于測量到的數(shù)據(jù)能夠更精準(zhǔn)地對淬火模擬模型進(jìn)行驗(yàn)證及評價(jià)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種驗(yàn)證淬火模擬模型精度的試樣，所述試樣的主體在第一方向上相對的兩側(cè)分別具有第一板體和第二板體，所述第一板體的厚度小于所述第二板體的厚度，所述第一板體與所述第二板體之間通過楔形過渡部連接，所述主體上開設(shè)有測量通道槽和圓形通孔，所述測量通道槽包括直線段與轉(zhuǎn)角段，所述直線段從所述主體在第二方向上的側(cè)邊開設(shè)并沿著所述第二方向朝所述主體的中心區(qū)域延伸，所述直線段通過所述轉(zhuǎn)角段連接至所述圓形通孔，所述測量通道槽和所述圓形通孔配合形成連續(xù)的異形槽結(jié)構(gòu)，其中，所述第一方向與所述第二方向相交。

3、在一些實(shí)施例中，所述試樣的主體為一體成型的板狀結(jié)構(gòu)。

4、在一些實(shí)施例中，所述測量通道槽開設(shè)于所述第一板體，所述測量通道槽在所述第一方向上靠近所述第二板體的側(cè)邊與所述第一板體在所述第一方向上靠近所述第二板體的側(cè)邊齊平，所述第一板體在所述第一方向上的寬度大于等于4倍所述測量通道槽在所述第一方向上的寬度。

5、在一些實(shí)施例中，所述直線段與所述轉(zhuǎn)角段形成夾角的角度范圍為130°~140°。

6、在一些實(shí)施例中，所述第二板體在第三方向上的厚度大于等于2倍所述第一板體在所述第三方向上的厚度，所述第一板體在所述第一方向上的寬度與所述第二板體在所述第一方向上的寬度相等，所述主體在所述第一方向上的總寬度大于等于3倍所述第一板體在所述第一方向上的寬度，所述第二板體在所述第一方向上的寬度大于等于所述第二板體在所述第三方向上的厚度，其中，所述第二方向與所述第三方向相交。

7、在一些實(shí)施例中，所述圓形通孔開設(shè)于所述楔形過渡部，所述圓形通孔在所述第一方向上的直徑小于等于所述楔形過渡部在所述第一方向上的寬度，所述圓形通孔在所述第一方向上的直徑大于等于所述第一板體在所述第一方向上的寬度或所述第二板體在所述第一方向上的寬度。

8、在一些實(shí)施例中，所述主體在所述第二方向上的總長度大于等于2倍所述主體在所述第一方向上的總寬度。

9、在一些實(shí)施例中，所述主體上還開設(shè)有兩個(gè)安裝孔，兩個(gè)所述安裝孔在所述第一方向上的半徑相等，兩個(gè)所述安裝孔對稱設(shè)置于所述主體的兩個(gè)角部區(qū)域，所述圓形通孔開設(shè)于兩個(gè)所述安裝孔和所述測量通道槽之間，所述圓形通孔在所述第一方向上的直徑大于等于3倍所述安裝孔在所述第一方向上的半徑。

10、在一些實(shí)施例中，所述圓形通孔的圓心與所述主體的兩個(gè)第一方向側(cè)邊之間的距離相等，所述圓形通孔的圓心與所述主體的第一方向側(cè)邊之間的距離和所述圓形通孔的圓心與所述主體上遠(yuǎn)離所述測量通道槽的第二方向側(cè)邊之間的距離相等，所述安裝孔的圓心與所述安裝孔所在所述角部區(qū)域相鄰的所述第一方向側(cè)邊和所述第二方向側(cè)邊之間的距離相等，所述圓形通孔的圓心與所述主體的第一方向側(cè)邊之間的距離大于等于2倍所述安裝孔的圓心與相鄰的所述第一方向側(cè)邊之間的距離。

11、本發(fā)明還提供一種驗(yàn)證淬火模擬模型精度的方法，包括：根據(jù)預(yù)設(shè)尺寸參數(shù)對試樣材料進(jìn)行加工處理，獲取試樣；對所述試樣進(jìn)行淬火試驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)參數(shù)并獲取所述試樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；所述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括實(shí)驗(yàn)通道寬度數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)高度數(shù)據(jù)；利用材料參數(shù)和所述實(shí)驗(yàn)參數(shù)構(gòu)建淬火模擬模型，獲取所述淬火模擬模型生成的模擬數(shù)據(jù)；所述模擬數(shù)據(jù)包括模擬通道寬度數(shù)據(jù)和模擬高度數(shù)據(jù)；

12、根據(jù)所述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和所述模擬數(shù)據(jù)，確定所述淬火模擬模型的模型精確度參數(shù)。

13、在一些實(shí)施例中，所述試樣包括測量通道槽，所述對所述試樣進(jìn)行淬火試驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)參數(shù)并獲取所述試樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括：將所述試樣約束在預(yù)設(shè)試驗(yàn)位置；對所述測量通道槽在初始狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)通道寬度數(shù)據(jù)進(jìn)行測量；利用固熔爐對約束于所述預(yù)設(shè)試驗(yàn)位置的所述試樣進(jìn)行固熔處理；在固熔結(jié)束后，將所述試樣沿第一方向?qū)氪憷浣橘|(zhì)中進(jìn)行淬火處理；對所述測量通道槽在淬火后的實(shí)驗(yàn)通道寬度數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)高度數(shù)據(jù)進(jìn)行測量；按照預(yù)設(shè)順序解除所述試樣的約束；對所述測量通道槽在約束釋放后的實(shí)驗(yàn)通道寬度數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)高度數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。

14、在一些實(shí)施例中，所述試樣包括兩個(gè)安裝孔，所述將所述試樣約束在預(yù)設(shè)試驗(yàn)位置包括：將帶彈簧墊片的約束件依次穿過所述試樣的所述安裝孔和料架；對所述約束件施加預(yù)設(shè)的扭矩力，將所述試樣以沿第二方向延伸的方式約束在所述料架上；將所述料架懸掛于所述固熔爐內(nèi)。

15、在一些實(shí)施例中，所述利用固熔爐對約束于所述預(yù)設(shè)試驗(yàn)位置的所述試樣進(jìn)行固熔處理包括：采用設(shè)定的升溫速率將所述固熔爐內(nèi)的溫度升溫至固熔溫度；將所述固熔爐內(nèi)的溫度保持在所述固熔溫度，保持預(yù)設(shè)時(shí)間。

16、在一些實(shí)施例中，對所述測量通道槽的實(shí)驗(yàn)通道寬度數(shù)據(jù)進(jìn)行測量的方法包括：在第二方向上沿著所述測量通道槽的兩個(gè)側(cè)邊，以每隔預(yù)設(shè)間距確定一個(gè)測量點(diǎn)的方式，確定多個(gè)測量點(diǎn)；將在所述第一方向上相鄰的兩個(gè)所述測量點(diǎn)作為一個(gè)測量組，獲取多個(gè)測量組；對各個(gè)所述測量組在所述第一方向上的寬度進(jìn)行測量，獲得所述測量通道槽的實(shí)驗(yàn)通道寬度數(shù)據(jù)。

17、在一些實(shí)施例中，對所述測量通道槽的實(shí)驗(yàn)高度數(shù)據(jù)進(jìn)行測量的方法包括：使用投影法獲取所述試樣的翹曲部分在預(yù)設(shè)平面上的投影曲線；所述預(yù)設(shè)平面為第二方向與第三方向所在平面，所述第二方向與所述第三方向相交；沿所述第二方向以每隔預(yù)設(shè)間距確定一個(gè)測量點(diǎn)的方式，在所述投影曲線上確定多個(gè)測量點(diǎn)；基于所述投影曲線，測量各個(gè)所述測量點(diǎn)在所述第三方向上的所述實(shí)驗(yàn)高度數(shù)據(jù)。

18、在一些實(shí)施例中，所述試樣的主體在第一方向上相對的兩側(cè)分別具有第一板體和第二板體，所述第一板體的厚度小于所述第二板體的厚度，所述按照預(yù)設(shè)順序解除所述試樣的約束包括：對約束在所述第一板體一側(cè)的所述約束件進(jìn)行拆卸；對約束在所述第二板體一側(cè)的所述約束件進(jìn)行拆卸，獲得完全應(yīng)力釋放狀態(tài)的所述試樣。

19、在一些實(shí)施例中，所述利用材料參數(shù)和所述實(shí)驗(yàn)參數(shù)構(gòu)建淬火模擬模型，獲取所述淬火模擬模型生成的模擬數(shù)據(jù)包括：獲取所述試樣材料的熱物性參數(shù)；利用高溫拉伸試驗(yàn)獲得所述試樣材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線；基于所述試樣材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線對彈塑性有限元模型的模型參數(shù)進(jìn)行擬合；通過實(shí)驗(yàn)獲取所述淬冷介質(zhì)在不同溫度下的界面換熱系數(shù)；構(gòu)建所述淬火模擬模型，基于所述熱物性參數(shù)、所述模型參數(shù)、所述界面換熱系數(shù)和所述實(shí)驗(yàn)參數(shù)確定所述淬火模擬模型的邊界條件；利用所述淬火模擬模型模擬所述試樣的測量通道槽在初始狀態(tài)下的模擬通道寬度數(shù)據(jù)、所述測量通道槽在淬火后的模擬通道寬度數(shù)據(jù)和模擬高度數(shù)據(jù)以及所述測量通道槽在約束釋放后的模擬通道寬度數(shù)據(jù)和模擬高度數(shù)據(jù)。

20、在一些實(shí)施例中，所述模型精確度參數(shù)包括淬火變形模擬精確度和去掉約束后回彈模擬的精確度，所述根據(jù)所述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和所述模擬數(shù)據(jù)，確定所述淬火模擬模型的模型精確度參數(shù)包括：根據(jù)所述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、所述模擬數(shù)據(jù)和第一精確度計(jì)算方法確定所述淬火變形模擬精確度；根據(jù)所述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、所述模擬數(shù)據(jù)和第二精確度計(jì)算方法確定所述去掉約束后回彈模擬的精確度。

21、在一些實(shí)施例中，所述第一精確度計(jì)算方法包括：

22、

23、其中，表示第一方向上淬火變形模擬的精確度，表示第三方向上淬火變形模擬的精確度，表示所述測量通道槽在初始狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)通道寬度數(shù)據(jù)，表示所述測量通道槽在淬火后的實(shí)驗(yàn)通道寬度數(shù)據(jù)，表示所述測量通道槽在初始狀態(tài)下的模擬通道寬度數(shù)據(jù)，表示所述測量通道槽在淬火后的模擬通道寬度數(shù)據(jù)，表示所述測量通道槽在淬火后的實(shí)驗(yàn)高度數(shù)據(jù)，表示所述測量通道槽在淬火后的模擬高度數(shù)據(jù)。

24、在一些實(shí)施例中，所述第二精確度計(jì)算方法包括：

25、

26、其中，表示第一方向上回彈模擬的精確度，表示第三方向上回彈模擬的精確度，表示所述測量通道槽在淬火后的實(shí)驗(yàn)通道寬度數(shù)據(jù)，表示所述測量通道槽在約束釋放后的實(shí)驗(yàn)通道寬度數(shù)據(jù)，表示所述測量通道槽在淬火后的模擬通道寬度數(shù)據(jù)，表示所述測量通道槽在約束釋放后的模擬通道寬度數(shù)據(jù)，表示所述測量通道槽在約束釋放后的實(shí)驗(yàn)高度數(shù)據(jù)，表示所述測量通道槽在約束釋放后的模擬高度數(shù)據(jù)。

27、本發(fā)明具有以下有益效果：

28、預(yù)設(shè)尺寸設(shè)計(jì)的試樣在淬火實(shí)驗(yàn)中能夠放大不同方向上的變形量，使變形量更便于測量，從而利用更準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠更準(zhǔn)確地對模型的精確度進(jìn)行評價(jià)驗(yàn)證及評價(jià)。