CN108362601A - 一种机械力环境下的热疲劳实验装置 - Google Patents

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朱光明
丁明凯
殷继丽
闵范磊
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Abstract

本发明涉及一种机械力环境下的热疲劳实验装置，属于材料实验技术领域。包括：工作台，加热模块，装夹模块，冷却模块，传动模块和控制模块。通过本发明专利可以实现对金属零件的热疲劳实验，真实模拟出金属零件在实际生产中同时承受交变热应力和机械力环境下的热疲劳现象。

Description

一种机械力环境下的热疲劳实验装置
技术领域
本发明涉及材料试验技术，特别涉及一种金属材料热疲劳实验装置。
背景技术
热疲劳是指金属零件由于温度梯度循环引起的热应力循环或热应变循环，而产生的疲劳破坏现象。金属零件在高温条件下工作时，其环境温度并不恒定，而是急剧反复变化的。由此造成的膨胀和收缩若受到约束时，在零件内部就会产生热应力。温度反复变化，热应力也随着反复变化，从而使材料受到疲劳损伤，产生裂纹等缺陷。
热疲劳是金属零件失效的主要形式之一。为防止金属零件在温度起伏变化的条件下工作时产生裂纹等缺陷，引发安全问题和资金损失。因此，要对金属零件进行热疲劳性能指标检测。而在许多真实工作环境中待检测金属零件在承受交变热应力的同时还会承受一定的机械力。为准确检测该类金属零件的热疲劳性能，要建立一种能够产生的热疲劳实验装置，通过热疲劳实验获得金属零件的各项热疲劳性能指标。
发明内容
本发明提供一种机械力环境下的热疲劳实验装置，其目的是真实模拟出金属零件在实际生产中同时承受交变热应力和机械力环境下的热疲劳实验。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种热疲劳实验装置，主要由工作台、加热模块、装夹模块、冷却模块、传动模块和控制模块组成。其特征在于，加热模块、冷却模块、传动模块均位于工作台上；装夹模块位于传动模块上。
进一步，作为优选，所述加热模块包括井式电炉、加热棒和隔热板。其中，井式电炉作为热源，向加热棒提供热量；加热棒一端嵌在井式电炉，另一端伸出电炉与待测金属零件接触并向其提供热量，加热棒的形状根据待测零件的形状确定；隔热板用于阻止热辐射，在加热过程中起到一定的保温作用，在冷却过程中达到快速冷却的目的，在加热开始前和结束后，隔热板会随传动模块的运动打开或关闭。
进一步，作为优选，所述装夹模块包括夹具、手柄、加压顶块、压力传感器和温度传感器。其中，夹具用于固定待测金属零件；加压顶块用于给待测金属零件施加载荷，施加载荷根据待测金属零件的实际工作状态计算出，再转动手柄带动加压顶块使待测金属零件处于一种机械力环境下；压力传感器用于检测加压顶块给待测金属零件施加的机械力，并将检测结果反馈到控制模块；温度传感器用于实时检测待测金属零件的表面温度，并将检测结果反馈到控制模块。
进一步，作为优选，所述冷却模块可以根据待测金属零件的实际冷却条件如：空冷或水冷，自由选择添加风扇、冷却水管或不添加。
进一步，作为优选，所述传动模块包括导轨、滑块和步进电机。其中，滑块用于紧固连接夹具，在移动时带动整个装夹模块一起移动；导轨用于滑块在其上移动；步进电机用于在控制模块的控制下，带动滑块及滑块上的装夹模块在导轨上移动。
进一步，作为优选，所述控制模块包括运算处理器和显示器，在热疲劳实验开始后，运算处理器能将压力传感器和温度传感器输入的采集信号进行运算处理后，将检测的压力、温度及循环次数等参数在显示器中显示并储存。
本发明有如下的有益效果：通过本发明专利可以实现金属零件在同时承受交变热应力和机械力环境下的热疲劳实验，有利于真实模拟出待测金属零件的热疲劳环境，获得更为真实、接近的热疲劳实验参数。
附图说明
图1是本发明实施例所述的一种机械力环境下的热疲劳实验装置结构示意图。
图2是本发明实施例所述的一种热疲劳实验装置的装夹模块示意。
图中，1、工作台；2、井式电炉；3、隔热板；4、加热棒；5、夹具；6、滑块；7、导轨；8、步进电机；9、控制模块；10、冷却水泵；11、水管；12、待测金属零件；13、温度传感器；14、手柄；15、压力传感器；16、加压顶块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种机械力环境下的热疲劳实验装置，包括：工作台、加热模块、装夹模块、循环冷却模块、传动模块和控制模块。其特征在于，加热模块、循环冷却模块、传动模块和控制模块均位于工作台上；装夹模块位于传动模块上。
所述加热模块包括井式电炉2、加热棒4和隔热板3。其中，井式电炉2作为热源，向加热棒4提供热量；加热棒4一端嵌在井式电炉2，另一端伸出井式电炉2与与待测金属零件12接触并向其提供热量，加热棒4的形状根据待测零件13的形状确定；隔热板3在待测金属零件12与加热棒4接触加热过程中起到一定的保温作用，在加热开始前和结束后，隔热板3会随传动模块的运动打开或关闭。
所述装夹模块包括夹具5、手柄14、加压顶块16、压力传感器15和温度传感器13。其中，夹具5用于固定待测金属零件12；加压顶块16用于给待测金属零件12施加载荷，计算出需要施加的载荷后，再通过转动手柄14带动加压顶块16使待测金属零件12处于一种机械力环境下；压力传感器15用于检测加压顶块16给待测金属零件12施加的机械力，并将检测结果反馈到控制模块9；温度传感器13用于实时检测待测金属零件12的表面温度，并将检测结果反馈到控制模块9。
所述循环冷却模块包括冷却水泵10和水管11。其中水管11的一端安装在待检测金属零件13上，另一端安装在冷却水泵10上。冷却开始时，在冷却水泵10的作用下，冷却水通过水管11对待测金属零件上进行循环冷却。
所述传动模块包括导轨7、滑块6和步进电机8。其中，滑块6用于紧固连接夹具5，在移动时带动整个装夹模块一起移动；导轨7用于滑块6在其上移动；步进电机8用于在控制模块9的控制下，带动滑块6及滑块6上的装夹模块在导轨7上移动。
所述控制模块9包括运算处理器和显示器，在热疲劳实验开始后，运算处理器能将压力传感器和温度传感器输入的采集信号进行运算处理后，将检测的压力、温度及循环次数等参数在显示器中显示并储存。
本发明所述一种机械力环境下的热疲劳实验装置的功能是这样实现的：先将待测金属零件12装夹在夹具5上，再通过旋转手柄14带动加压顶块16施加载荷，使待测金属零件12处于一种机械力环境下。控制模块9输出信号到步进电机8，使滑块6带动装夹模块在导轨7上向加热模块移动。隔热板3打开，待测金属零件12与加热棒4端面接触，加热开始；加热结束后，滑块6带动装夹模块移出加热模块，隔热板3关闭，冷却水泵10开始工作，冷却水在水管11中循环流动，对待测金属零件进行循环冷却，冷却完毕后完成一次循环，依次完成所有周次的循环后，完成一次热疲劳实验。

Claims (3)

1.一种机械力环境下的热疲劳实验装置，包括：工作台，加热模块，装夹模块，冷却模块，传动模块和控制模块，其特征在于，加热模块，冷却模块，传动模块均位于工作台上；装夹模块位于传动模块上。
2.如权利要求书1所述加热模块包括井式电炉、加热棒和隔热板，其特征在于，井式电炉作为热源，由控制模块控制向加热棒提供热量；加热棒一端嵌在井式电炉，另一端伸出电炉与待测金属零件接触并向其提供热量，加热棒的形状根据待测零件的形状确定；隔热板用于阻止热辐射，在加热过程中起到一定的保温作用，在冷却过程中达到快速冷却的目的，在加热开始前和结束后，隔热板会随传动模块的运动打开或关闭。
3.如权利要求书1所述装夹模块包括夹具、手柄、加压顶块、压力传感器和温度传感器，其中，夹具用于固定待测金属零件；加压顶块用于给待测金属零件施加载荷，施加载荷根据待测金属零件的实际工作状态计算出，再转动手柄带动加压顶块使待测金属零件处于一种机械力环境下。
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