CN102538999A - 挤压模具温度场的测试装置 - Google Patents

Abstract

一种金属挤压处理技术领域的挤压模具温度场的测试装置，包括：双层组合凹模、退料器、若干台阶式热电偶、数据采集单元和数据处理单元，双层组合凹模和退料器分别固定设置于模座上，若干台阶式热电偶分别固定设置于双层组合凹模和退料器上的预留孔中并分别与数据采集单元相连，数据采集单元与数据处理单元相连并传输金属挤压过程中的温度数据并获得挤压模具温度场分布及变化情况；双层组合凹模包括：凹模内圈及凹模外圈；退料器包括相互固定连接上部和下部，其中：圆柱体结构的退料器上部和退料器下部分别对称设有8个不同深度的竖直盲孔及8个竖直通孔。本发明能够在金属挤压成形过程中实时监测并记录挤压模具的温度分布及变化情况。

Description

挤压模具温度场的测试装置

技术领域

本发明涉及的是一种金属挤压处理技术领域的装置，具体是一种挤压模具温度场的测试装置。

背景技术

在金属挤压过程中，模具温度是一非常重要的工艺参数，特别是在温、热挤压中。模具温度过高，易引起模具硬度下降、磨损加剧，缩短模具寿命；挤压过程中模具温差过大，易产生较大的热应力，增加模具热疲劳失效的概率。此外，模具的受热变形直接影响挤压件精度，随着对挤压件精密化的要求，由温度变化引起的模具热变形是必须考虑的。因此，准确测量挤压模具温度场设有重要意义，通过温度场的监测一方面可以为模具温度控制提供参考，另一方面为模具受热变形及热应力计算提供实用数据。

目前，在金属挤压过程中的温度测试方面，实际中常用手持式红外测温仪检查坯料加热温度，关于模具温度还没有现成的测试装置；红外热像仪，是把红外辐射分布通过光学-机械扫描方式的光电探测器二维红外成像装置，转换成可见光图像。红外热像仪可以显示物体表面温度场，只能测到可见模具表面的温度场，在挤压过程中模具不停地循环开合，模具温度采集非常困难。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101487740，公开日2009-07-22，记载了一种“三CCD温度场测量装置及方法”，该技术包括：光学镜头，用于光学成像，将待测物体的辐射聚焦在分光棱镜组的入射面上；分光棱镜组，将投射的辐射等分为三束不同方向的波段辐射，分别从三个出射面出射；三个CCD面阵传感器，分别设置于分光棱镜组的三个出射面处，对三路经过不同光谱透过率分布的滤光片的出射辐射进行成像，获得三路光谱非相关的CCD图像；数据采集分析单元，对三路CCD图像数据进行采集，并利用多光谱测温法进行温度场计算。

中国专利文献号CN101144742，公开日2008-03-19，记载了一种“金属粉末激光成形过程中温度场检测方法及其系统装置”，该技术采用双波长红外图像比色测温方法，通过将两种波长的滤光片分时交替位于采集光路中，有步骤的连续采集来自于两种波长的熔池的图像，再对来自不同波长的两幅红外图像进行灰度比色计算，根据比色值与温度值的关系，求得图像上各点的温度值，用灰度值代表温度值形成灰度图像，再对所形成的灰度图像进行图像处理，进而求其形状和温度场变化趋势。

上述方法主要依靠CCD探头采集信息并转化成温度场信息，与红外测温法相似，只能采集到可见表面的温度，难以用于模具温度场的测试。

进一步检索发现，中国专利文献号CN2583649，公开日2003-10-29，记载了一种“复合材料成型过程中的温度场测试装置”，该技术是由BH315-T01温度场采集系统和温度-时间-位置三维模拟、显示系统组成；BH315-T01温度场采集系统包括温度传感器K氟塑热电偶和巡环检测仪。温度-时间-位置三维模拟、显示系统包括界面显示、自动保存、温度场模拟、时实温度场可视化，可实时地显示出在该环境下的温度场变化情况，并提供数字显示。测量时，将K氟塑热电偶垂直放在复合材料预浸料片层的不同位置，测试的是复合材料的温度，该装置不能用于测试模具内部的温度。

综上所述的，现阶段急需一种用于测试模具温度的装置，特别针对于挤压模具在金属挤压过程中的温度场的监测。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种挤压模具温度场的测试装置，能够在金属挤压成形过程中实时监测并记录挤压模具的温度分布及变化情况。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：包括：双层组合凹模、退料器、若干台阶式热电偶、数据采集单元和数据处理单元，其中：双层组合凹模和退料器分别固定设置于模座上，若干台阶式热电偶分别固定设置于双层组合凹模和退料器上的预留孔中并分别与数据采集单元相连，数据采集单元与数据处理单元相连并传输金属挤压过程中的温度数据并获得挤压模具温度场分布及变化情况；

所述的双层组合凹模包括：凹模内圈及凹模外圈；

所述的退料器包括相互固定连接上部和下部，其中：退料器上部和退料器下部分别对称设有8个不同深度的竖直盲孔及8个竖直通孔。

所述的凹模内圈的两侧端面设有以圆心为对称中心的9个轴向盲孔，凹模内圈的内部等角度均匀分布有12组且每组3个径向盲孔。

所述的径向盲孔在高度方向上分布在待测材料的主要变形区内，即在凹模内圈高度的1/4至1/2区域内，以保证监测金属挤压变形过程中模具温度的变化。

所述的凹模外圈设有与凹模内圈的径向盲孔相对应的通孔。

所述的数据采集单元为具有多个数据采集通道的一块通用数据采集卡或多块并联的通用数据采集卡。

所述的数据处理单元通过数据处理程序对所采集数据进行实时处理。

本发明通过以下方式实现具体测试：

1)利用N型热电偶校准K型热电偶，对K型热电偶进行筛选，并进行相应的冷端补偿，确保测试数据的一致性，减少系统误差；

2)将所述的特殊结构的双层组合凹模和退料器，安装在模座上；

3)将热电偶插入到双层组合凹模、退料器上的预留孔中并固定，并与数据采集单元相连；

4)在压力机上实现金属挤压过程，并通过数据采集单元监测该过程中模具的温度数据；

5)数据采集单元将数据传输到计算机，通过数据处理程序存储并分析，进而获得挤压模具温度场分布及变化情况。

本发明设有如下特点：①该测试装置，可安装在通用的挤压模架上，适应性好；②采用通用的数据采集单元及标准热电偶，测试装置搭建方便；③数据采集单元与计算机连接，数据存储与分析方便，便于实时的在线温度监测；④整个技术方案实现成本低，可应用于冷、温、热挤压模具，在实验室与工业生产中易于推广。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2是退料器上部结构示意图。

图3是退料器下部结构示意图。

图4是双层组合凹模结构示意图；

图中：(a)为侧视图，(b)为俯视图。

图5是实施例中测得模具预热的温度变化曲线。

图6是实施例中测得挤压过程中模具温度变化曲线。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，为本实施例涉及的测试装置示意图，该装置包括：双层组合凹模1、8孔拼接式退料器2、若干台阶式热电偶3、数据采集单元4和数据处理单元5，其中：双层组合凹模1和退料器2分别固定设置于通用模架的模座6上，若干台阶式热电偶3分别固定设置于双层组合凹模1和退料器2上的预留孔中并分别与数据采集单元4相连，数据采集单元4与数据处理单元5相连并传输金属挤压过程中的温度数据并获得挤压模具温度场分布及变化情况。

如图2和图3所示，所述的退料器2包括相互固定连接上部和下部，其中：圆柱体结构的退料器上部和退料器下部分别对称设有8个不同深度的竖直盲孔12及8个竖直通孔13。

所述的竖直盲孔12的内径为1mm；所述的不同深度是指：8个竖直盲孔12的内底与退料器上部的上端面，即顶面的距离分别为1mm、2mm、4mm或8mm，每两个竖直盲孔12深度相同且深度与距离轴心距离呈反比，如图1所示。

所述的竖直通孔13直径2mm所述的退料器上部的下端面，即底面刻有用于布置热电偶3的引线的十字槽。

所述的热电偶3为经过校准的台阶式K型热电偶3。

如图4(a)和(b)所示，所述的双层组合凹模1包括：凹模内圈7及凹模外圈8，其中：

凹模内圈7的两侧端面设有以圆心为对称中心的9个轴向盲孔9，轴向盲孔9的内径为1mm且深度分别为1mm、2mm或10mm，且以循环周期性设置；

凹模内圈7的内部等角度均匀分布有12组，每组3个，共36个径向盲孔10，径向盲孔10的孔底距离凹模内圈7的内壁分别为1mm、2mm、5mm或10mm，且以循环周期性设置。

所述的径向盲孔10的与内圈中心轴的夹角，即斜度为55°～75°，内径为2mm。

所述的径向盲孔10，在高度方向上孔应分布在主要变形区内，即在凹模内圈高度的1/4至1/2区域内，以保证监测金属挤压变形过程中模具温度的变化。

所述的凹模外圈8设有与凹模内圈7的径向盲孔10相对应的通孔11，通孔11的斜度与径向盲孔10的斜度一致，通孔11的内径为4mm。

该装置通过以下方式实现测试：

1、校准并筛选热电偶3，利用N型热电偶3校准K型热电偶3并筛选。

2、组装退料器，将退料器上部与退料器下部通过销钉连接装配，把相应的热电偶3插入退料器的预留孔中并固定好。

3、安装并调试模具，将组装后的退料器与特殊结构的双层组合凹模1安装到通用模架的模座6上，再把通用模架固定到3200kN四柱液压机上，调试模具使其正常工作，如图4所示。

4、根据需要，将热电偶3插入双层组合凹模1的预留孔中并固定，本次双层组合凹模1的凹模内圈7内径为φ35.2mm，双层组合凹模1预留孔的斜度为70°。

5、连接并调试温度数据采集流程，将所有热电偶3连接到数据采集单元4，再把数据采集单元4与计算机相连，调试使其正常工作，采用冷端补偿法减小温度测试数据的系统误差。

6、预热模具，采集模具温度数据并实时监控，使模具平均温度稳定在120℃左右。本实施例中模具预热温度的变化曲线，如图5所示。

7、将事先加热到850℃的直径为35.0mm、高径比为1的55钢坯料，放入模具中进行温态反挤压试验，对挤压模具温度的进行实时监测。本实施例中获得的金属挤压过程中模具温度变化曲线，如图6所示。

Claims (10)

1.一种挤压模具温度场的测试装置，其特征在于，包括：双层组合凹模、退料器、若干台阶式热电偶、数据采集单元和数据处理单元，其中：双层组合凹模和退料器分别固定设置于模座上，若干台阶式热电偶分别固定设置于双层组合凹模和退料器上的预留孔中并分别与数据采集单元相连，数据采集单元与数据处理单元相连并传输金属挤压过程中的温度数据并获得挤压模具温度场分布及变化情况；

所述的双层组合凹模包括：凹模内圈及凹模外圈；

所述的退料器包括相互固定连接上部和下部，其中：退料器上部和退料器下部分别对称设有8个不同深度的竖直盲孔及8个竖直通孔。

2.根据权利要求1所述的挤压模具温度场的测试装置，其特征是，所述的竖直盲孔的内径为1mm；所述的不同深度是指：8个竖直盲孔的内底与退料器上部的上端面，即顶面的距离分别为1mm、2mm、4mm或8mm，每两个竖直盲孔深度相同且深度与距离轴心距离呈反比；所述的竖直通孔直径2mm。

3.根据权利要求1所述的挤压模具温度场的测试装置，其特征是，所述的退料器上部的下端面，即底面刻有用于布置热电偶的引线的十字槽。

4.根据权利要求1所述的挤压模具温度场的测试装置，其特征是，所述的凹模内圈的两侧端面设有以圆心为对称中心的9个轴向盲孔，凹模内圈的内部等角度均匀分布有12组且每组3个径向盲孔。

5.根据权利要求4所述的挤压模具温度场的测试装置，其特征是，所述的径向盲孔在高度方向上分布在待测材料的主要变形区内，即在凹模内圈高度的1/4至1/2区域内，以保证监测金属挤压变形过程中模具温度的变化。

6.根据权利要求4或5所述的挤压模具温度场的测试装置，其特征是，所述的轴向盲孔的内径为1mm且深度分别为1mm、2mm或10mm，且以循环周期性设置；所述的径向盲孔的孔底距离凹模内圈的内壁分别为1mm、2mm、5mm或10mm，且以循环周期性设置。

7.根据权利要求4或5或6所述的挤压模具温度场的测试装置，其特征是，所述的径向盲孔的与内圈中心轴的夹角，即斜度为55°～75°，内径为2mm。

8.根据权利要求1所述的挤压模具温度场的测试装置，其特征是，所述的凹模外圈设有与凹模内圈的径向盲孔相对应的通孔，通孔的斜度与径向盲孔的斜度一致，通孔的内径为4mm。

9.根据权利要求1所述的挤压模具温度场的测试装置，其特征是，所述的数据采集单元为具有多个数据采集通道的一块通用数据采集卡或多块并联的通用数据采集卡；所述的数据处理单元通过数据处理程序对所采集数据进行实时处理。

10.一种根据上述任一权利要求所述测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用N型热电偶校准K型热电偶，对K型热电偶进行筛选，并进行相应的冷端补偿；

2)将所述的特殊结构的双层组合凹模和退料器，安装在模座上；

3)将热电偶插入到双层组合凹模、退料器上的预留孔中并固定，并与数据采集单元相连；

4)在压力机上实现金属挤压过程，并通过数据采集单元监测该过程中模具的温度数据；

5)数据采集单元将数据传输到计算机，通过数据处理程序存储并分析，进而获得挤压模具温度场分布及变化情况。

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