CN104458474A - 一种压铸模热疲劳测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压铸模热疲劳测试装置，包括设备框架；加热总成，包括盛有铝液的坩埚，坩埚外设置加热元件；冷却总成，包括水箱、冷却水管路和冷却气体管路；控制总成；定位总成，包括设置在水箱和坩埚上部的驱动机构，驱动机构连接试样固定装置；所述试样固定装置包括中空试样，试样内腔设置有冷却通道；本发明还包括试样热电偶测温装置。本发明的有益效果是：（1）采用空心试样，试样内部通冷却水，并在加热后先喷气再喷脱模剂，充分模拟了模具实际的工作环境，测试过程更真实，试验结果更具有参考价值；（2）试样热电偶测温装置记录了试样离高温表面不同距离的温度，为分析压铸模具实际工作时的温度分布及热疲劳区的深度提供理论基础。

Description

一种压铸模热疲劳测试装置

技术领域

本发明涉及金属材料测试设备领域，具体涉及一种压铸模热疲劳测试装置。

背景技术

热疲劳是压铸模失效的最主要形式，合金浇注温度越高，压铸模表面温度也越高，压铸模热疲劳失效越严重。热疲劳直接影响到模具的使用寿命和压铸件精度和成本，因此精确预测压铸模具材料的热疲劳寿命是设计长寿命压铸模的基础。目前常用的压铸模热疲劳性能测试方法主要有片状试样法和龟裂评级法（Uddeholm法），对片状或棒状的实心试样经加热（感应加热、电阻炉或盐浴炉）和循环水冷却来评估模具材料的热疲劳性能，这两种方法的测试环境与压铸模实际工作环境存在很大差异，测试精度低，结果误差大，不能以此精确预测压铸模具材料的热疲劳寿命。

公告号为CN201378134Y的中国专利公开了一种制造材料通用的热疲劳模拟试验装置，由机架、高频加热器、控制电路和冷却器组成，该装置感应加热实心棒状试样，喷水冷却试样，测试环境与压铸模的实际工况不符，测试结果误差大；公告号为CN2859525Y的中国专利公开了一种压铸模具材料在熔融铝液态中的热熔损与热疲劳试验装置，该装置铝液加热实心棒状试样后，采用空冷冷却试样，测试环境与压铸模的实际工况也不符，测试结果也不准确。

发明内容

本发明所要解决的问题是，针对上述测试装置存在的不足，提供一种能充分模拟压铸模实际工作环境、提高热疲劳测试精度的压铸模热疲劳测试装置。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：一种压铸模热疲劳测试装置，包括：设备框架，设备框架上设有排水口；

加热总成，包括安装在设备框架底座的炉体，炉体内放置SiC坩埚，坩埚外壁设有加热元件，坩埚内盛放有铝液；

冷却总成，包括水箱和冷却水管路，水箱与坩埚相邻设置在设备框架底座上，水箱的内侧壁上安装有喷嘴，喷嘴通过管道与冷却水管路连通；

定位总成，包括设置在水箱和坩埚上部的驱动机构，驱动机构的轴端设置试样固定装置；

所述试样固定装置包括试样、法兰、圆管及与轴端连接的接头，所述试样为中空试样，与法兰连接；所述圆管一端与接头连接，一端与法兰连接，圆管与试样内腔连通；所述接头开设进水口和出水口，出水口与圆管连通，进水口连接有导管，导管穿过圆管和法兰，伸入试样内腔；

所述冷却总成还包括冷却气体管路，所述冷却气体管路与水箱上的喷嘴通过管道连通，所述设备框架上还设置有排气口。

所述试样内部设置有试样热电偶测温装置，坩埚内装有铝液热电偶测温装置，铝液热电偶测温装置浸入铝液中。

所述压铸模热疲劳测试装置还包括控制总成，控制总成包括控制箱、控制主机、与加热总成连接的加热控制电路、与定位总成连接的定位控制电路和与冷却总成连接的冷却控制电路。

所述接头与圆管、圆管与法兰、法兰与试样均采用螺纹连接。

所述驱动机构由水平驱动机构、竖直驱动机构、箱体及设置在设备框架上的电子感应装置组成，水平驱动机构包括水平电动机和与水平电动机相连的第一蜗杆传动装置，所述第一蜗杆传动装置的两端安装在设备框架上；竖直驱动机构包括竖直电动机和与竖直电动机相连的第二蜗杆传动装置，所述第二蜗杆传动装置与第一蜗杆传动装置呈十字交错设置，交错处设置在箱体内，第二蜗杆传动装置的轴端连接试样固定装置。

本发明的有益效果是：1、采用中空试样测试，试样内部通冷却水，加热后先喷气再喷脱模剂，充分模拟了压铸模具在工业实际生产中的环境，提高了测试精度，测试结果误差小，能更准确地预测压铸模具材料的热疲劳寿命，为设计长寿命压铸模提供了理论基础；2、试样热电偶测温装置记录了热疲劳测试过程中试样离高温表面不同距离的温度，为分析压铸模具实际工作时的温度分布及热疲劳区的深度提供理论基础；3、采用可编程控制器和工业计算机控制系统，自动控制压铸模热疲劳测试过程的执行，保证了测试结果的精度，同时也节约了大量的人力。

附图说明

图1为本发明的一个具体实施例的平面示意图。

图2为试样固定装置13的结构示意图。

其中：1、竖直电动机；2、水平电动机；3、第一蜗杆传动装置；4、第二蜗杆传动装置；5、设备框架；6、电子感应装置；7、排气口；8、排水口；9、试样热电偶测温装置；10、铝液热电偶测温装置；11、入水管道；12、出水管道；13、试样定位装置；14、炉体；15、加热元件；16、坩埚；17、铝液；18、炉盖；19、水箱；20、箱体；21、喷嘴；22、冷却水管路；23、冷却气体管路；24、控制箱；25、控制主机；26、试样；27、接头；271、进水口；272、出水口；28、法兰；29、圆管；30、导管。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示的一种压铸模热疲劳测试装置，包括设备框架5，设备框架5上设有排气口7和排水口8，设备框架5上还设置有电子感应装置6，以采集试样26的空间位置。

加热总成，包括安装在设备框架5底座的炉体14（对坩埚16保温），炉体14上设置炉盖18，炉体14内放置SiC坩埚16，坩埚16外壁设有加热元件15，坩埚16内盛放有铝液17，加热元件15通电后加热铝液17。

冷却总成，包括水箱19、冷却水管路23和冷却气体管路22，水箱19与坩埚16相邻设置在设备框架5底座上，水箱19的内侧壁上安装有喷嘴21，喷嘴21分别与冷却水管路23、冷却气体管路22连通，冷却水管路23上设置有电磁水阀，内部通入水作脱模剂，冷却气体管路22上设置有电磁气阀，内部通入气体。

定位总成，由水平驱动机构和竖直驱动机构组成，水平驱动机构包括水平电动机2和与水平电动机2相连的第一蜗杆传动装置3，第一蜗杆传动装置3的两端安装在设备框架5上；竖直驱动机构包括竖直电动机1和与竖直电动机1相连的第二蜗杆传动装置4，所述第二蜗杆传动装置4与第一蜗杆传动装置3呈十字交错设置，交错处设置在箱体20内，在所述的第二蜗杆传动装置4的轴端连接试样固定装置13，通过水平驱动机构和竖直驱动机构带动箱体20运动，箱体20运动带动试样移动，调节试样26在铝液17和水箱19中的位置。

如图2所示，试样固定装置13包括试样26、法兰28、圆管29及与第二蜗杆传动装置4轴端连接的接头27，所述试样26内部中空，与法兰28通过螺纹连接；所述接头27开设进水口271和出水口272，出水口272与圆管29连通（出水口272外部与出水管道12连通），进水口271连接有导管30（进水口271外部与入水管道11连通），导管30穿过圆管29和法兰28，伸入试样26的内腔，作为入水通道为试样26提供冷却水；所述圆管29一端与接头27连接，一端与法兰28连接，圆管29与试样26内腔连通，为试样26提供出水通道；接头27与圆管29、圆管29与法兰28均采用螺纹连接。

所述试样26内部设置有试样热电偶测温装置9，用来采集热疲劳测试过程中试样26离高温表面不同距离的温度；坩埚16内装有铝液热电偶测温装置10，铝液热电偶测温装置10浸没在铝液17中，实时监测铝液17的温度。

所述压铸模热疲劳测试装置还包括控制总成，控制总成包括控制箱24、控制主机25、与加热总成连接的加热控制电路、与定位总成连接的定位控制电路以及与冷却总成连接的冷却控制电路，试样26的热疲劳测试过程由控制总成自动控制。

利用本发明测试压铸模具材料的热疲劳性能的具体过程包括以下几个步骤：

步骤1，启动电源及控制主机25，设定铝液17的加热温度、试样26在铝液17中的浸泡时间、试样26在水箱19中的喷气时间及喷脱模剂时间、热疲劳循环次数（试样26完成加热过程、喷气及喷脱模剂冷却过程为一次热疲劳测试）；

步骤2，根据试样26浸入铝液17的深度及进入水箱19喷气喷水的位置，利用电子感应装置6采集试样26在竖直方向和水平位置的设定位置，调节水平驱动机构和竖直驱动机构（试样26初始位置在铝液17的上方，即铝液17上位），在控制主机25中设定驱动机构移动速度和路线；

步骤3，启动加热控制电路加热坩埚16内的铝液17后进入测试状态；

步骤4，持续在试样26内部通入冷却水，当铝液热电偶测温装置10显示的温度与铝液17的温度设定值一致，启动定位控制电路，控制竖直驱动机构将将试样26从初始位置下降到铝液17中的设定位置，浸泡0～30s左右后快速提起脱离铝液17（试样26在铝液17中的浸泡时间根据实际情况而定）；同时利用试样热电偶测温装置9记录热疲劳测试过程中试样26与高温表面不同距离的温度；

步骤5，控制水平驱动机构将试样26移动至水箱19上方位置，然后控制竖直电动机1将试样26从水箱19上位下降到其在水箱19中的设定位置，启动冷却控制电路，打开电磁气阀喷高压气体，0～3s后关闭电磁气阀（喷气时间根据实际情况而定）；

步骤6，打开电磁水阀喷脱模剂，0～10s后关闭电磁水阀（喷水时间根据实际情况而定），控制竖直电动机1将试样26从水箱下位提升到水箱上位，水平电动机2将试样26水平移动到铝液17上位，完成一次循环；

步骤7，重复步骤4-6，直至达到设定的循环次数。

本发明中，竖直驱动机构的运动行程为0～40cm，竖直方向上的移动时间为0～2s；水平驱动机构的运动行程为0～100cm，水平方向上的移动时间为0～2s；本发明可用于各种压铸模具材料的热疲劳试验，试样26也可先表面处理再进行热疲劳测试。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (5)

1.一种压铸模热疲劳测试装置，包括：设备框架，设备框架上设有排水口；

加热总成，包括安装在设备框架底座的炉体，炉体内放置SiC坩埚，坩埚外壁设有加热元件，坩埚内盛放有铝液；

冷却总成，包括水箱和冷却水管路，水箱与坩埚相邻设置在设备框架底座上，水箱的内侧壁上安装有喷嘴，喷嘴通过管道与冷却水管路连通；

定位总成，包括设置在水箱和坩埚上部的驱动机构，驱动机构的轴端设置试样固定装置，其特征在于，

所述试样固定装置包括试样、法兰、圆管及与轴端连接的接头，所述试样为中空试样，与法兰连接；所述圆管一端与接头连接，一端与法兰连接，圆管与试样内腔连通；所述接头开设进水口和出水口，出水口与圆管连通，进水口连接有导管，导管穿过圆管和法兰，伸入试样内腔；

所述冷却总成还包括冷却气体管路，所述冷却气体管路与水箱上的喷嘴通过管道连通，所述设备框架上还设置有排气口。

2.如权利要求1所述的一种压铸模热疲劳测试装置，其特征在于，所述试样内部设置有试样热电偶测温装置，坩埚内设有铝液热电偶测温装置，铝液热电偶测温装置浸入铝液中。

3.如权利要求1所述的一种压铸模热疲劳测试装置，其特征在于，还包括控制总成，控制总成包括控制箱、控制主机、与加热总成连接的加热控制电路、与定位总成连接的定位控制电路和与冷却总成连接的冷却控制电路。

4.如权利要求1所述的一种压铸模热疲劳测试装置，其特征在于，所述接头与圆管、圆管与法兰、法兰与试样均采用螺纹连接。

5.如权利要求1所述的一种压铸模热疲劳测试装置，其特征在于，所述驱动机构由水平驱动机构、竖直驱动机构、箱体及设置在设备框架上的电子感应装置组成，水平驱动机构包括水平电动机和与水平电动机相连的第一蜗杆传动装置，第一蜗杆传动装置的两端安装在设备框架上；竖直驱动机构包括竖直电动机和与竖直电动机相连的第二蜗杆传动装置，所述第二蜗杆传动装置与第一蜗杆传动装置呈十字交错设置，交错处设置在箱体内，第二蜗杆传动装置的轴端连接试样固定装置。