CN109175181A - 高通量锻造旋转平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高通量锻造旋转平台及方法。该平台包括隔热保温箱体、旋转样品台、由监测计算机、控制器和中频感应加热机构成的微机控制系统、锻造上模、温度传感器、旋转轴、升降装置以及驱动电机。本发明批量制备出了不同温度参数的样品，并实现一次进行多组热压缩模拟实验，得到多组样品不同工艺条件下的数据，同时，采用隔热保温箱体，减少了中间加热过程的热量损失。

Description

高通量锻造旋转平台及方法

技术领域

本发明属于材料研发及加工领域，特别是涉及一种高通量锻造旋转平台及方法。

技术背景

锻造是广泛应用的一种传统材料加工工艺，在人类社会发展历程中发挥了巨大作用。通过锻造，可以消除材料的孔洞、压实疏松、打碎粗大的碳化物，使得组织更加细小均匀。锻造工艺的主要目的是成形与改性，成形是基本的要求，更重要的是提高锻造产品的性能。材料的最终性能与材料的变形温度、变形速率、变形程度都有着密切的联系，研究筛选出合适的变形条件是生产研发高性能的材料必不可少的环节。

随着材料基因组工程的深入发展，材料研发的要求也越来越高，更低的成本、更短的时间成为研究人员的方向，材料的高通量实验就应用而生。材料高通量实验是在短时间内完成批量样品的制备与表征，其关键思想是将传统材料研究中的顺序迭代改为并行处理，加快材料研究进程。通过高通量实验，可以更快速地得到最优化的实验条件，分析出材料成分、结构、性能之间的关系。

高通量锻造热模拟，是一次批量完成不同锻造工艺参数下的热压缩模拟实验。现有热压缩试验机一次只能进行一个样品的热压缩模拟试验，无法一次进行多组试验。还有部分热压缩实验样品在加热炉中加热，加热之后再人工转移到压力机进行压缩，中间过程热量损失较大。因此，需要提供一种能够进行多组实验、并能够降低中间过程温度损失的高通量锻造旋转平台及方法。

发明内容

为了实现以上目的，本发明提供一种高通量锻造旋转平台及方法，通过批量制备出不同温度参数的样品，并实现一次进行多组热压缩模拟实验，得到多组样品不同工艺条件下的数据，同时，在加热过程中采用隔热保温箱体，减少了中间过程热量损失。

根据本发明的高通量锻造旋转平台，通过批量制备出不同温度参数的样品，并实现一次进行多组热压缩模拟实验，得到多组样品不同工艺条件下的数据，所述平台包括隔热保温箱体、旋转样品台、由监测计算机、控制器和中频感应加热机构成的微机控制系统、锻造上模、温度传感器、旋转轴、升降装置以及驱动电机。

隔热保温箱体位于所述锻造上模下部；

电磁感应线圈固定连接在隔热保温箱体中，并与所述中频感应加热机连接；

旋转样品台位于隔热保温箱体下部，并与旋转轴相连接；

锻造上模与液压机连接；

温度传感器安装在旋转样品台上，并与中频感应加热机的温度显示仪连接；

升降装置安装在旋转轴的下方；

旋转轴和升降装置与驱动电机连接；

驱动电机和温度显示仪与控制器连接；

控制器连接监测计算机，

旋转样品台包括多组阶梯台，阶梯台之间的夹角为M，每个阶梯台上放置N个样品；

电磁感应线圈为多组相互独立的感应线圈，感应线圈之间的夹角为M；

锻造上模由多组压杆构成，压杆组之间的夹角为M，每个压杆组具有N个压杆，使得压杆和样品相互对应，

M取值范围为45°-180°，N取值范围为4到8。

进一步的，所述隔热保温箱体的上口由可移动保温盖封闭，下口敞开，加热时，旋转样品台上升进入隔热保温箱体，并将样品置于电磁感应线圈内进行加热。

进一步的，所述隔热保温箱体为氧化铝陶瓷纤维墙，导热系数为0.03-0.3W/m.K，耐热温度上限为1260℃。

进一步的，所述阶梯台间的高度差等于相邻样品的实验变形量之差。

进一步的，每组线圈夹角之间添加铁氧体导磁体，所述铁氧体导磁体通过耐高温特殊改性环氧树脂胶粘接在感应线圈侧面，感应线圈伸出的正负极接口与中频感应加热机连接，中频感应加热机根据样品的预设定温度值控制最终样品温度，当温度达到预设定温度值时，中频感应加热机中的软启动信号线断开。

进一步的，所述温度传感器采集样品的实时温度值，中频感应加热机上的温度显示仪将温度结果反馈显示于屏幕。

进一步的，所述微机控制系统控制电磁感应线圈和温度传感器使得样品达到预设定温度，并控制升降装置的垂直上下运动和旋转轴的旋转角度，以及使得样品与压杆对正，监测计算机实时显示样品温度、升降装置移动数据、旋转轴转动角度。

根据本发明的高通量锻造方法，所述方法使用如上所述的高通量锻造旋转平台进行锻造，所述方法包括以下步骤：

步骤一：在旋转样品台上排列放置多组高通量实验的样品，设置旋转样品台的阶梯台之间高度差；

步骤二：在微机控制系统里的中频感应加热机中设定样品温度，之后开启中频感应加热机电源，启动升降装置；

步骤三：升降装置把旋转样品台升高到隔热保温箱体中，使各组样品与不同电磁感应线圈相互对应；

步骤四：加热完成后，移走隔热保温箱体的可移动保温盖，下降旋转样品台，再旋转到高通量热压缩区，使各个样品与锻造上模的压杆对准；

步骤五：开启压机电源，按照设定的压下行程和行程速度，开始高通量锻造实验。

进一步的，所述高通量热压缩区为由锻造上模和液压机组成的区域。

本发明具有的优点和积极效果是：

通过采用上述技术方案，批量制备出了不同温度参数的样品，并实现一次进行多组热压缩模拟实验，得到多组样品不同工艺条件下的数据，同时，采用隔热保温箱体，减少了中间加热过程的热量损失。由此，通过快速对多组样品感应加热，并自动旋转样品台，短时间内进行不同条件的热压缩，从而筛选最优试样及其最佳锻造工艺参数，大大缩短材料研发周期，降低研发成本，而且操作方便、灵活，工艺适应性强，可满足不同高通量实验需求。

附图说明

图1是本发明高通量锻造旋转平台示意图；

图2是六组电磁感应线圈相对位置示意图。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

参照图1，根据本发明的高通量锻造旋转平台包括：隔热保温箱体1、多组相互独立的电磁感应线圈2、旋转样品台3、由监测计算机4、控制器5以及中频感应加热机构成的微机控制系统、锻造上模6、温度传感器7、旋转轴8、升降装置9、驱动电机10，隔热保温箱体1位于所述锻造上模6下部，电磁感应线圈2固定连接在隔热保温箱体1中，并与中频感应加热机连接，旋转样品台3位于隔热保温箱体1下部，并与下面的旋转轴8相连接，锻造上模6与液压机连接，温度传感器7安装在旋转样品台侧面的小孔中，并与中频感应加热机的温度显示仪11连接，升降装置9安装在旋转轴的下方，旋转轴8和升降装置9与驱动电机10相连，驱动电机10和温度显示仪11与控制器5连接，控制器5连接监测计算机4。电磁感应线圈2、温度传感器7、中频感应加热机(包括温度显示仪11)和外层的隔热保温箱体1构成了高通量实验的加热系统，旋转样品台3、升降装置9、驱动电机10和旋转轴8构成了高通量实验的旋转定位系统。

所述隔热保温箱体1为导热系数较低(0.03W/m.K)的氧化铝陶瓷纤维墙，耐热温度上限为1260℃，导热率0.03W/(m·K)，成本低廉。所述隔热保温箱体1的上口由可移动保温盖封闭，下口敞开，加热时，旋转样品台上升进入隔热保温箱体，并将样品置于线圈内进行加热。通过该可移动保温盖，极大地减小电磁加热的热量损失。

所述电磁感应线圈2为六组相互独立的线圈，线圈为紫铜方管做的感应线圈，如图2中的六组紫铜方管线圈与旋转样品台相互对应，两两线圈之间呈60度夹角，每组线圈夹角之间添加铁氧体导磁体，导磁体可以通过耐高温特殊改性环氧树脂胶粘接在线圈侧面。导磁体可以将磁场集中，减小温度的互相影响，实现每组温度相互独立。线圈伸出的正负极接口与中频感应加热机连接，通上电流时，线圈内产生感应磁场并在金属样品中产生感应涡流进行加热，中频感应加热机根据每组样品的预设定温度值控制最终样品温度，当温度达到预设定温度值时，中频感应加热机中的软启动信号线就会断开。

所述旋转样品台3包括六组互相呈60度夹角的阶梯台，每个阶梯台上放置5个样品，阶梯台间的高度差根据实验研究的变形量决定，若研究相邻样品变形量之差为1mm的实验情形，则阶梯间高度差定为1mm。旋转样品台3下方连接旋转轴8，旋转轴8与外部的驱动电机10连接，驱动电机10给旋转轴8动力，进而带动旋转样品台3旋转。

所述微机控制系统控制电磁加热线圈和温度传感器使得样品达到预设定温度，并控制升降装置9的垂直上下运动和旋转轴8的旋转角度，使得样品与压杆对正，同时监测计算机4实时显示样品温度、升降装置移动数据、旋转轴转动角度等。

所述锻造上模6连接在液压机平台上，由六组相互呈60度夹角的压杆构成，每组安装有5根压杆，压杆所用材料为H13模具钢，有着较高的强硬度，每个压杆和样品相互对应。

所述温度传感器7为S型热电偶，物理、化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，可以在高温下采集样品的实时温度值，中频感应加热机上的温度显示仪11将温度结果反馈显示于屏幕。

所述升降装置9与驱动电机10连接，安装在旋转轴8下方，可以垂直上下移动。高通量实验开始时，升降装置9先把旋转样品台3升高到隔热保温箱体中，互相呈60度夹角的电磁线圈与旋转样品台3相互对应，加热完成后，移走隔热保温箱体1的可移动保温盖，再下降旋转样品台3并旋转到高通量热压缩区，使各个样品与高通量锻造上模6的压杆对准。高通量热压缩区即为锻造上模6和液压机组成的区域。

根据本发明的高通量锻造旋转平台的工作过程为：将多个高通量实验样品排列在旋转样品台上，设置旋转样品台的阶梯台之间高度差；在微机控制系统里的中频感应加热机中设定样品温度，之后开启中频感应加热机电源，启动升降装置；升降装置把旋转样品台升高到电磁感应加热区(隔热保温箱体)的位置，使各组样品与不同电磁感应线圈相互对应；加热保温完成后，移走隔热保温箱体的可移动保温盖，下降旋转样品台，再旋转到高通量热压缩区，使各个样品与高通量上模的压杆对准，开始高通量锻造实验。

实施例一

本实施例以42CrMo钢为例来说明高通量锻造旋转平台及方法，研究温度和压下量对锻造样品性能的影响。本实施例的具体步骤如下：

步骤1，将同一成分30个大小为的42CrMo钢样品排列放置在旋转样品台上，样品台阶梯间高度差为1mm。

步骤2，在微机控制系统里的中频感应加热机中设定样品目标加热温度为800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃，之后开启中频感应加热机电源，启动升降装置。

步骤3，升降装置把样品台升高到电磁感应加热区的位置。

步骤4，加热完成后，移走隔热保温箱体的可移动保温盖，下降样品台，再旋转到高通量热压缩区，使各个样品与高通量上模的压杆对准。

步骤5，开启压机电源，按照设定的压下行程和行程速度，开始高通量锻造实验。

实施例二

本实施例以7050铝合金为例来说明高通量锻造旋转平台及方法，研究温度和成分对锻造样品性能的影响。本实施例的具体步骤如下：

步骤1，将30个不同成分的大小为的7050铝合金样品排列放置在旋转样品台上，样品台由阶梯台更换为等高度平台，样品台阶梯间高度差为0mm。

步骤2，在微机控制系统里的中频感应加热机中设定样品目标加热温度为325℃、350℃、375℃、400℃、425℃、450℃，之后开启中频感应加热机电源，启动升降装置。

步骤3，升降装置把样品台升高到电磁感应加热区的位置。

步骤4，加热完成后，移走隔热保温箱体的可移动保温盖，下降样品台，再旋转到高通量热压缩区，使各个样品与高通量上模的压杆对准。

步骤5，开启压机电源，按照设定的压下行程和行程速度，开始高通量锻造实验。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (9)

1.一种高通量锻造旋转平台，其特征在于，通过批量制备出不同温度参数的样品，并实现一次进行多组热压缩模拟实验，得到多组样品不同工艺条件下的数据，所述平台包括隔热保温箱体、旋转样品台、由监测计算机、控制器和中频感应加热机构成的微机控制系统、锻造上模、温度传感器、旋转轴、升降装置以及驱动电机，

所述隔热保温箱体位于所述锻造上模下部；

电磁感应线圈固定连接在所述隔热保温箱体中，并与所述中频感应加热机连接；

所述旋转样品台位于所述隔热保温箱体下部，并与所述旋转轴相连接；

所述锻造上模与外部液压机连接；

所述温度传感器安装在所述旋转样品台上，并与所述中频感应加热机的温度显示仪连接；

所述升降装置安装在所述旋转轴的下方；

所述旋转轴和所述升降装置与所述驱动电机连接；

所述驱动电机和所述温度显示仪与所述控制器连接；

所述控制器连接所述监测计算机，

所述旋转样品台包括多组阶梯台，阶梯台之间的夹角为M，每个阶梯台上放置N个样品；

所述电磁感应线圈为多组相互独立的感应线圈，感应线圈之间的夹角为M；

所述锻造上模由多组压杆构成，压杆组之间的夹角为M，每个压杆组具有N个压杆，使得压杆和样品相互对应，

M取值范围为45°-180°，N取值范围为4到8。

2.根据权利要求1所述的高通量锻造旋转平台，其特征在于，所述隔热保温箱体的上口由可移动保温盖封闭，下口敞开，加热时，所述旋转样品台上升进入所述隔热保温箱体，并将样品置于所述电磁感应线圈内进行加热。

3.根据权利要求2所述的高通量锻造旋转平台，其特征在于，所述隔热保温箱体为氧化铝陶瓷纤维墙，导热系数为0.03-0.3W/m.K，耐热温度上限为1260℃。

4.根据权利要求1所述的高通量锻造旋转平台，其特征在于，所述阶梯台间的高度差等于相邻样品的实验变形量之差。

5.根据权利要求1所述的高通量锻造旋转平台，其特征在于，每组线圈夹角之间添加铁氧体导磁体，所述铁氧体导磁体通过耐高温特殊改性环氧树脂胶粘接在感应线圈侧面，感应线圈伸出的正负极接口与所述中频感应加热机连接，所述中频感应加热机根据样品的预设定温度值控制最终样品温度，当温度达到预设定温度值时，所述中频感应加热机中的软启动信号线断开。

6.根据权利要求1所述的高通量锻造旋转平台，其特征在于，所述温度传感器采集样品的实时温度值，所述中频感应加热机上的温度显示仪将温度结果反馈显示于屏幕。

7.根据权利要求1所述的高通量锻造旋转平台，其特征在于，所述微机控制系统控制所述电磁感应线圈和所述温度传感器使得样品达到预设定温度，并控制所述升降装置的垂直上下运动和所述旋转轴的旋转角度，以及使得样品与压杆对正，所述监测计算机实时显示样品温度、升降装置移动数据、旋转轴转动角度。

8.一种高通量锻造方法，其特征在于，所述方法使用根据权利要求1至7中任一项所述的高通量锻造旋转平台进行锻造，所述方法包括以下步骤：

步骤一：在旋转样品台上排列放置多组高通量实验的样品，设置旋转样品台的阶梯台之间高度差；

步骤二：在微机控制系统里的中频感应加热机中设定样品温度，之后开启中频感应加热机电源，启动升降装置；

步骤三：升降装置把旋转样品台升高到隔热保温箱体中，使各组样品与不同电磁感应线圈相互对应；

步骤四：加热完成后，移走隔热保温箱体的可移动保温盖，下降旋转样品台，再旋转到高通量热压缩区，使各个样品与锻造上模的压杆对准；

步骤五：开启压机电源，按照设定的压下行程和行程速度，开始高通量锻造实验。

9.根据权利要求8所述的高通量锻造旋转平台，其特征在于，所述高通量热压缩区为由锻造上模和液压机组成的区域。