CN106404538A - 热双拉实验加热装置以及热双拉实验加热方法 - Google Patents

热双拉实验加热装置以及热双拉实验加热方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热双拉实验加热装置以及热双拉实验加热方法，装置包括：上陶瓷加热板(2)、下陶瓷加热板(4)、上引伸计(1)、下引伸计(5)和支撑架(6)；所述上引伸计(1)位于所述上陶瓷加热板(2)的上方，所述上引伸计(1)的底部固定到所述上槽口(2‑5)；所述下引伸计(5)位于所述下陶瓷加热板(4)的下方，所述下引伸计(5)的顶部固定到所述下槽口；通过所述上引伸计(1)和所述下引伸计(5)，测量十字形试件(3)的形变。优点为：此加热装置可以方便的对试件的加热区域、温度实现精准的控制，可满足多种温度的拉伸试验，并且装置简单，便于安装和使用。

Description

热双拉实验加热装置以及热双拉实验加热方法
技术领域
本发明属于金属材料力学性能试验技术领域，具体涉及一种热双拉实验加热装置以及热双拉实验加热方法。
背景技术
近年来，热双拉实验技术已经成为拉伸试验领域的一个热点研究课题，特别是热拉技术的研究，对工业中材料热成型有着重要的意义。
目前，国内外已经研制出了许多热拉试验机，然而，其加热装置仍然存在着很多缺陷。具体的，现有的热拉伸装置均为单一温度的拉伸试验机，不能满足多种温度的加热需求，另外，加热温度很难实现实时控制，且加热装置整体偏大。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种热双拉实验加热装置以及热双拉实验加热方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种热双拉实验加热装置，包括：上陶瓷加热板(2)、下陶瓷加热板(4)、上引伸计(1)、下引伸计(5)和支撑架(6)；
所述上陶瓷加热板(2)和所述下陶瓷加热板(4)为上下对称结构，所述上陶瓷加热板(2)的底部开设有第1凹槽，所述第1凹槽形成上加热腔；所述上陶瓷加热板(2)的顶部开设有上槽口(2-5)；所述上陶瓷加热板(2)的四周分别开设有上侧槽口(2-1)；所述上陶瓷加热板(2)的四角位置开设有上定位孔(2-2)；
所述下陶瓷加热板(4)的顶部开设有第2凹槽，所述第2凹槽形成下加热腔；所述下陶瓷加热板(4)的底部开设有下槽口；所述下陶瓷加热板(4)的四周分别开设有下侧槽口；所述下陶瓷加热板(4)的四角位置开设有下定位孔；
所述上陶瓷加热板(2)和所述下陶瓷加热板(4)对称放到十字形试件(3)的上下两面，所述上陶瓷加热板(2)的上侧槽口(2-1)和所述下陶瓷加热板(4)的下侧槽口形成供十字形试件(3)穿出的槽孔；使所述上陶瓷加热板(2)的上定位孔(2-2)与所述下陶瓷加热板(4)的下定位孔上下对齐后，采用螺栓穿过上定位孔和下定位孔，并紧固，进而将所述上陶瓷加热板(2)和所述下陶瓷加热板(4)扣合固定到一起；
所述上陶瓷加热板(2)的上加热腔和所述下陶瓷加热板(4)的下加热腔扣合后，形成封闭的加热腔体；
所述上引伸计(1)位于所述上陶瓷加热板(2)的上方，所述上引伸计(1)的底部固定到所述上槽口(2-5)；所述下引伸计(5)位于所述下陶瓷加热板(4)的下方，所述下引伸计(5)的顶部固定到所述下槽口；通过所述上引伸计(1)和所述下引伸计(5)，测量十字形试件(3)的形变；
所述支撑架(6)的底部固定到车床的床身上，所述支撑架(6)的顶部位于所述下陶瓷加热板(4)的底面，用于支撑整个加热装置。
优选的，所述上槽口(2-5)和所述下槽口垂直设置；所述上引伸计(1)和所述下引伸计(5)也垂直设置，分别用于测量十字形试件X方向和Y方向的拉伸度。
优选的，所述加热腔体为方形腔体。
优选的，所述加热腔体的内壁包覆有隔热膜(2-7)。
优选的，所述加热腔体的内壁表面固定安装有电阻丝(2-4)。
优选的，所述电阻丝(2-4)在所述加热腔体的内壁的排布方式为：顺序排布方式或回形排布方式。
优选的，所述加热腔体的内壁表面的不同位置安装有温度传感器(2-3)。
本发明还提供一种应用上述的热双拉实验加热装置的热双拉实验加热方法，包括以下步骤：
步骤S1，十字形试件(3)通过夹具(7)夹持固定；
将支撑架(6)固定在床身上；将上陶瓷加热板(2)和下陶瓷加热板(4)对称放到十字形试件(3)的上下两面；所述上陶瓷加热板(2)的上侧槽口(2-1)和所述下陶瓷加热板(4)的下侧槽口形成供十字形试件(3)穿出的槽孔；使所述上陶瓷加热板(2)的上定位孔(2-2)与所述下陶瓷加热板(4)的下定位孔上下对齐后，采用螺栓穿过上定位孔和下定位孔，并紧固，进而将所述上陶瓷加热板(2)和所述下陶瓷加热板(4)扣合固定到一起；上陶瓷加热板(2)的上加热腔和下陶瓷加热板(4)的下加热腔扣合后，形成封闭的加热腔体；
上引伸计(1)位于上陶瓷加热板(2)的上方，所述上引伸计(1)的底部固定到上槽口(2-5)；下引伸计(5)位于下陶瓷加热板(4)的下方，所述下引伸计(5)的顶部固定到下槽口；通过所述上引伸计(1)和所述下引伸计(5)，测量十字形试件(3)的Y向和X向的形变；
步骤S2，在加热腔体内壁的不同位置安装有温度传感器；在加热腔体内壁设置有电阻丝；
在对十字形试件(3)进行X向和/或Y向的拉伸试验过程中，按设定策略向电阻丝通电，并通过各个温度传感器实时检测加热腔体不同位置的温度值；该温度值实时上传到上位机；同时，在对十字形试件(3)进行X向和/或Y向的拉伸试验过程中，上引伸计(1)和下引伸计(5)分别测量得到试件X向变形和Y向变形，并将所述试件X向变形和Y向变形实时上传到上位机；
步骤S3，所述上位机对所述加热腔体不同位置的温度值、试件X向变形和Y向变形进行关联综合分析，得到不同温度下试件双向受拉状态时的力学性能。
本发明提供的热双拉实验加热装置以及热双拉实验加热方法具有以下优点：
(1)此加热装置可以方便的对试件的加热区域、温度实现精准的控制，可满足多种温度的拉伸试验，并且装置简单，便于安装和使用。
(2)若需要常温拉伸实验，还可直接拆卸，进行常温的单向和双向的拉伸实验，应用范围广。
(3)加热腔内部分布有温度传感器，可实时检测控制温度，采用陶瓷加热壳体，具有耐高温的优点，加热腔内壁包覆隔热膜具有环保节能的优点。
附图说明
图1为本发明提供的热双拉实验机加热装置的立体结构示意图；
图2为加热板与试件的结构剖视图；
图3为热双拉实验加热装置安装俯视图；
图4为非均匀加热板剖视图；
图5为均匀加热板剖视图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种热双拉实验加热装置，加热装置分为均匀加热和非均匀加热，且加热温度可控，不仅可以满足加热区域的变化，还可满足加热温度不同的要求。整体加热装置制造简单，成本低，结构紧凑，安装方便，方便实用。
结合图1-图3，热双拉实验加热装置包括：上陶瓷加热板2、下陶瓷加热板4、上引伸计1、下引伸计5和支撑架6；
上陶瓷加热板2和下陶瓷加热板4为上下对称结构，上陶瓷加热板2的底部开设有第1凹槽，第1凹槽形成上加热腔；上陶瓷加热板2的顶部开设有上槽口2-5；上槽口是上引伸计预留的安装位置，用于放置上引伸计；上陶瓷加热板2的四周分别开设有上侧槽口2-1；上陶瓷加热板2的四角位置分别开设有上定位孔2-2；通常为4个定位孔。
下陶瓷加热板4的顶部开设有第2凹槽，第2凹槽形成下加热腔；下陶瓷加热板4的顶部开设有下槽口；下槽口是下引伸计预留的安装位置，用于放置下引伸计；下陶瓷加热板4的四周分别开设有下侧槽口；下陶瓷加热板4的四角位置开设有下定位孔；
上陶瓷加热板2和下陶瓷加热板4对称放到十字形试件3的上下两面，上陶瓷加热板2的上侧槽口2-1和下陶瓷加热板4的下侧槽口形成供十字形试件3穿出的槽孔；使上陶瓷加热板2的上定位孔2-2与下陶瓷加热板4的下定位孔上下对齐后，采用螺栓穿过上定位孔和下定位孔，并紧固，进而将上陶瓷加热板2和下陶瓷加热板4扣合固定到一起；
上陶瓷加热板2的上加热腔和下陶瓷加热板4的下加热腔扣合后，形成封闭的加热腔体；
上引伸计1位于上陶瓷加热板2的上方，上引伸计1的底部固定到上槽口2-5；下引伸计5位于下陶瓷加热板4的下方，下引伸计5的顶部固定到下槽口；通过上引伸计1和下引伸计5，测量十字形试件3的形变；其中，上槽口2-5和下槽口垂直设置，因此，上引伸计1和下引伸计5也垂直设置，分别用于测量十字形试件X方向和Y方向的拉伸度。
支撑架6的底部可以通过螺钉固定到车床的床身上，支撑架6的顶部位于下陶瓷加热板4的底面，用于支撑整个加热装置。
本发明中，加热腔体为方形腔体。加热腔体的内壁包覆有隔热膜2-7，用以防止热量散失，起保温作用，可形成热腔，满足加热需求。
加热腔体的内壁表面固定安装有电阻丝2-4。电阻丝根据加热效果的需求布置成不同的形式。结合图4和图5，电阻丝的排序不同，使得加热方式不同。可以根据不同的加热需求，对试件不同区域进行温度控制。具体的，电阻丝2-4在加热腔体的内壁的排布方式为：顺序排布方式或回形排布方式。当采用顺序排布方式时，分别给不同的电阻丝通电，可以实现试件的局部加热；当采用回形排布方式时，可以实现试件从中间到外层的均匀加热。安装使用时，上下加热板的电阻丝应该属于同一类型。需要强调的是，电阻丝放置在加热腔内，需要与试件有一定的高度差h，避免电阻丝与试件直接接触，且又能保证电阻丝的热量最大限度的传递给试件，提高试件温度。
加热腔体内壁，在不同的位置放置温度传感器，可以实时检测加热板不同位置的温度，并根据需要，通过分别对电阻丝通电来对加热板进行温度的调整。
例如，温度传感器将实时检测的加热板的温度传回控制系统，控制系统通过设定的条件对加热板的不同电阻丝进行通断电控制，实现其加热控制的需求。
本发明还提供一种应用上述的热双拉实验加热装置的热双拉实验加热方法，包括以下步骤：
步骤S1，十字形试件3通过夹具7夹持固定；
将支撑架6固定在床身上；将上陶瓷加热板2和下陶瓷加热板4对称放到十字形试件3的上下两面；上陶瓷加热板2的上侧槽口2-1和下陶瓷加热板4的下侧槽口形成供十字形试件3穿出的槽孔；使上陶瓷加热板2的上定位孔2-2与下陶瓷加热板4的下定位孔上下对齐后，采用螺栓穿过上定位孔和下定位孔，并紧固，进而将上陶瓷加热板2和下陶瓷加热板4扣合固定到一起；上陶瓷加热板2的上加热腔和下陶瓷加热板4的下加热腔扣合后，形成封闭的加热腔体；
上引伸计1位于上陶瓷加热板2的上方，上引伸计1的底部固定到上槽口2-5；下引伸计5位于下陶瓷加热板4的下方，下引伸计5的顶部固定到下槽口；通过上引伸计1和下引伸计5，测量十字形试件3的Y向和X向的形变；
步骤S2，在加热腔体内壁的不同位置安装有温度传感器；在加热腔体内壁设置有电阻丝；
在对十字形试件3进行X向和/或Y向的拉伸试验过程中，按设定策略向电阻丝通电，并通过各个温度传感器实时检测加热腔体不同位置的温度值；该温度值实时上传到上位机；同时，在对十字形试件3进行X向和/或Y向的拉伸试验过程中，上引伸计1和下引伸计5分别测量得到试件X向变形和Y向变形，并将试件X向变形和Y向变形实时上传到上位机；
步骤S3，上位机对加热腔体不同位置的温度值、试件X向变形和Y向变形进行关联综合分析，得到不同温度下试件双向受拉状态时的力学性能。
本发明提供的热双拉实验加热装置以及热双拉实验加热方法，具有以下特点：
(1)加热装置中加热板选用陶瓷材料，具有传热快、发热均匀、表面清洁、寿命长等优点。
(2)通过上下两个加热板夹持试件，保证试件上下表面加热的对称性。
(3)采用电阻丝加热的方式，与红外加热相比具有升温速度快的优点，与激光加热相比具有加热范围大且安全性高的优点，与电磁加热相比具有加热范围精确可控且对引伸计无影响、加热壳体耐高温、寿命长的优点。
(4)通过在特定位置安装两个引伸计，可精确测量试件两个方向的拉伸变化量。
(5)可获取不同温度下试件双向受拉状态时的力学性能，可以进行双向高温拉伸试验和单向高温拉伸实验。
(6)除了实现热拉伸实验的功能，去掉加热装置，还可以实现常温拉伸实验。
综上所述，本发明为获取不同温度下试件双向受拉状态时的力学性能提供了一种可行的加热方法及应用该方法的装置，具有以下优点：
(1)此加热装置可以方便的对试件的加热区域、温度实现精准的控制，可满足多种温度的拉伸试验，并且装置简单，便于安装和使用。
(2)若需要常温拉伸实验，还可直接拆卸，进行常温的单向和双向的拉伸实验，应用范围广。
(3)加热腔内部分布有温度传感器，可实时检测控制温度，采用陶瓷加热壳体，具有耐高温的优点，加热腔内壁包覆隔热膜具有环保节能的优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种热双拉实验加热装置，其特征在于，包括：上陶瓷加热板(2)、下陶瓷加热板(4)、上引伸计(1)、下引伸计(5)和支撑架(6)；
所述上陶瓷加热板(2)和所述下陶瓷加热板(4)为上下对称结构，所述上陶瓷加热板(2)的底部开设有第1凹槽，所述第1凹槽形成上加热腔；所述上陶瓷加热板(2)的顶部开设有上槽口(2-5)；所述上陶瓷加热板(2)的四周分别开设有上侧槽口(2-1)；所述上陶瓷加热板(2)的四角位置开设有上定位孔(2-2)；
所述下陶瓷加热板(4)的顶部开设有第2凹槽，所述第2凹槽形成下加热腔；所述下陶瓷加热板(4)的底部开设有下槽口；所述下陶瓷加热板(4)的四周分别开设有下侧槽口；所述下陶瓷加热板(4)的四角位置开设有下定位孔；
所述上陶瓷加热板(2)和所述下陶瓷加热板(4)对称放到十字形试件(3)的上下两面，所述上陶瓷加热板(2)的上侧槽口(2-1)和所述下陶瓷加热板(4)的下侧槽口形成供十字形试件(3)穿出的槽孔；使所述上陶瓷加热板(2)的上定位孔(2-2)与所述下陶瓷加热板(4)的下定位孔上下对齐后，采用螺栓穿过上定位孔和下定位孔，并紧固，进而将所述上陶瓷加热板(2)和所述下陶瓷加热板(4)扣合固定到一起；
所述上陶瓷加热板(2)的上加热腔和所述下陶瓷加热板(4)的下加热腔扣合后，形成封闭的加热腔体；
所述上引伸计(1)位于所述上陶瓷加热板(2)的上方，所述上引伸计(1)的底部固定到所述上槽口(2-5)；所述下引伸计(5)位于所述下陶瓷加热板(4)的下方，所述下引伸计(5)的顶部固定到所述下槽口；通过所述上引伸计(1)和所述下引伸计(5)，测量十字形试件(3)的形变；
所述支撑架(6)的底部固定到车床的床身上，所述支撑架(6)的顶部位于所述下陶瓷加热板(4)的底面，用于支撑整个加热装置。
2.根据权利要求1所述的热双拉实验加热装置，其特征在于，所述上槽口(2-5)和所述下槽口垂直设置；所述上引伸计(1)和所述下引伸计(5)也垂直设置，分别用于测量十字形试件X方向和Y方向的拉伸度。
3.根据权利要求1所述的热双拉实验加热装置，其特征在于，所述加热腔体为方形腔体。
4.根据权利要求1所述的热双拉实验加热装置，其特征在于，所述加热腔体的内壁包覆有隔热膜(2-7)。
5.根据权利要求1所述的热双拉实验加热装置，其特征在于，所述加热腔体的内壁表面固定安装有电阻丝(2-4)。
6.根据权利要求5所述的热双拉实验加热装置，其特征在于，所述电阻丝(2-4)在所述加热腔体的内壁的排布方式为：顺序排布方式或回形排布方式。
7.根据权利要求5所述的热双拉实验加热装置，其特征在于，所述加热腔体的内壁表面的不同位置安装有温度传感器(2-3)。
8.一种应用权利要求1-7任一项所述的热双拉实验加热装置的热双拉实验加热方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，十字形试件(3)通过夹具(7)夹持固定；
将支撑架(6)固定在床身上；将上陶瓷加热板(2)和下陶瓷加热板(4)对称放到十字形试件(3)的上下两面；所述上陶瓷加热板(2)的上侧槽口(2-1)和所述下陶瓷加热板(4)的下侧槽口形成供十字形试件(3)穿出的槽孔；使所述上陶瓷加热板(2)的上定位孔(2-2)与所述下陶瓷加热板(4)的下定位孔上下对齐后，采用螺栓穿过上定位孔和下定位孔，并紧固，进而将所述上陶瓷加热板(2)和所述下陶瓷加热板(4)扣合固定到一起；上陶瓷加热板(2)的上加热腔和下陶瓷加热板(4)的下加热腔扣合后，形成封闭的加热腔体；
上引伸计(1)位于上陶瓷加热板(2)的上方，所述上引伸计(1)的底部固定到上槽口(2-5)；下引伸计(5)位于下陶瓷加热板(4)的下方，所述下引伸计(5)的顶部固定到下槽口；通过所述上引伸计(1)和所述下引伸计(5)，测量十字形试件(3)的Y向和X向的形变；
步骤S2，在加热腔体内壁的不同位置安装有温度传感器；在加热腔体内壁设置有电阻丝；
在对十字形试件(3)进行X向和/或Y向的拉伸试验过程中，按设定策略向电阻丝通电，并通过各个温度传感器实时检测加热腔体不同位置的温度值；该温度值实时上传到上位机；同时，在对十字形试件(3)进行X向和/或Y向的拉伸试验过程中，上引伸计(1)和下引伸计(5)分别测量得到试件X向变形和Y向变形，并将所述试件X向变形和Y向变形实时上传到上位机；
步骤S3，所述上位机对所述加热腔体不同位置的温度值、试件X向变形和Y向变形进行关联综合分析，得到不同温度下试件双向受拉状态时的力学性能。
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