CN110376079B - 一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置及其使用方法 - Google Patents

一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置及其使用方法，辅助装置包括定砧头、固定座Ⅰ、夹持机构、动砧头、固定座Ⅱ、推动机构；定砧头安装在固定座Ⅰ上，夹持机构设置在定砧头和动砧头之间用于对试样进行夹持，夹持机构包括上夹持电极和下夹持电极，下夹持电极设置在上夹持电极的正下方；动砧头与定砧头在水平方向相对设置，固定座Ⅱ上开设有安装孔，动砧头滑动安装于安装孔内；推动机构包括动轴及轴套，动轴的输入端与热力模拟试验机的动力系统相连，动轴的输出端穿过轴套后与动砧头的输入端相对设置，该装置解决了试样装卡与加热、砧头的高速运动、试样径向变形及砧头的结构难题。

Description

一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及热力模拟机领域，具体涉及一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置及其使用方法。
背景技术
研究圆棒状金属锻造变形工艺不仅需要高的变形速度和高的压力，而且还需要圆棒状试样锻造变形圆弧形凹面砧头。目前，Gleeble型号的热模拟试验机动卡头的运动速度为1000mm/s，所用砧头均为平端面，既不能为金属锻造提供高速的冲击压力，也不能为圆棒锻件提供径向的变形约束力，圆棒状金属的锻造热力模拟试验研究无法进行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置及其使用方法，该装置解决了试样装卡与加热、砧头的高速运动、试样径向变形及砧头的结构难题。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置，该辅助装置安装在热力模拟试验机上对试样进行锻造变形试验，包括定砧头、固定座Ⅰ、夹持机构、动砧头、固定座Ⅱ、推动机构；所述定砧头安装在所述固定座Ⅰ上，所述夹持机构设置在所述定砧头和所述动砧头之间用于对试样进行夹持，所述夹持机构包括上夹持电极和下夹持电极，所述下夹持电极设置在所述上夹持电极的正下方；
所述动砧头与所述定砧头在水平方向相对设置，所述固定座Ⅱ上开设有安装孔，所述动砧头滑动安装于安装孔内，所述动砧头的输入端设置有力传感器和预压紧橡胶垫，所述力传感器安装在动砧头的输入端，所述预压紧橡胶垫安装在力传感器上；
所述推动机构包括动轴及轴套，所述动轴的输入端与热力模拟试验机的动力系统相连，所述动轴的输出端穿过轴套后与动砧头的输入端相对设置。
进一步的，所述动砧头的工作端与所述定砧头的工作端相对设置。
进一步的，所述固定座Ⅰ和所述固定座Ⅱ均安装在所述热力模拟试验机上，所述固定座Ⅱ通过锁紧螺钉Ⅱ安装在热力模拟试验机上。
进一步的，所述固定座Ⅰ与所述夹持机构通过支撑机构相连，所述支撑机构包括上支架和下支架，所述上支架和所述下支架均为Z型弹性支架，所述上支架的底端与上夹持电极相连，所述上支架的顶端通过锁紧螺钉Ⅰ安装在所述固定座Ⅰ上；所述下支架的顶端与下夹持电极相连，所述下支架的底端通过锁紧螺钉Ⅰ安装在所述固定座Ⅰ上。
进一步的，所述上夹持电极通过上绝缘垫片与上支架相连，所述下夹持电极通过下绝缘垫片与下支架相连。
进一步的，所述上夹持电极的夹持端和所述下夹持电极的夹持端均为弧形凹面。
进一步的，所述动砧头的输出端的端面和所述定砧头的输出端面均为弧形凹面。
进一步的，所述预压紧橡胶垫上开设有冲击口，所述冲击口的直径大于所述动轴的直径。
进一步的，所述试样为圆棒状，所述动轴的中心轴线、冲击口的中心轴线及动砧头的中心轴线重合，试样的中心轴线与动轴的中心轴线垂直设置。
一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、将试样水平装入上夹持电极和下夹持电极的弧形夹持凹面之间，试样与上夹持电极的圆弧形凹面和下夹持电极的圆弧形凹面之间相互贴紧，上夹持电极和下夹持电极的圆弧中心与试样的中心重合，试样长度方向上与动砧头和定砧头保持居中；
步骤二、动砧头在预压紧橡胶垫的弹力作用下，与试样接触，动砧头与定砧头进一步将试样夹紧；
步骤三、上夹持电极和下夹持电极为试样提供加热电流，通过焊接在试样上的热电偶测温，待试样温度达到金属试样锻造温度时，保温5~8min；
步骤四、启动热力模拟试验机的动力机构，带动动轴高速高压冲击动砧头锻压试样，试样在动砧头、定砧头的弧形凹槽中变形；
步骤五、利用安装于动砧头末端的力传感器采集试样的锻造变形参数信息。
本发明的有益效果主要表现在以下几个方面：本发明基于圆棒状锻件的实际变形工况和变形行为，结合热模拟设备的工作原理，设计圆棒状金属件锻造变形热模拟机辅助装置，解决了试样装卡与加热、砧头的高速运动、试样径向变形及砧头的结构难题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1去掉夹持机构和支撑机构的结构示意图；
图中标记：1、定砧头，2、固定座Ⅰ，3、上支架，4、上绝缘垫片，5、上夹持电极，6、下夹持电极，7、动砧头，8、固定座Ⅱ，9、力传感器，10、预压紧橡胶垫，11、轴套，12、动轴，13、热力模拟试验机，14、下绝缘垫片，15、下支架，16、锁紧螺钉Ⅰ，17、锁紧螺钉Ⅱ，18、试样。
具体实施方式
结合附图对本发明实施例加以详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，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。
根据附图可知，一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置，该辅助装置安装在热力模拟试验机13上对试样18进行锻造变形试验，包括定砧头1、固定座Ⅰ2、夹持机构、动砧头7、固定座Ⅱ8、推动机构；所述固定座Ⅰ2和所述固定座Ⅱ8均安装在所述热力模拟试验机13上，所述固定座Ⅱ8通过锁紧螺钉Ⅱ17安装在热力模拟试验机13上，所述定砧头1安装在所述固定座Ⅰ2上，所述夹持机构设置在所述定砧头1和所述动砧头7之间用于对试样18进行夹持，所述夹持机构包括上夹持电极5和下夹持电极6，所述上夹持电极5的夹持端和所述下夹持电极6的夹持端均为弧形凹面，所述下夹持电极6设置在所述上夹持电极5的正下方；上夹持电极5的弧形凹面和下夹持电极6弧形凹面的半径与试样18锻造变形前半径相同，上、下夹持电极弧形凹面宽度小于试样锻造变形后直径尺寸1~2mm，弧形凹面长度大于试样变形前长度尺寸6~8mm；
工作时，上夹持电极5和下夹持电极6对试样进行加热，动轴12高速冲击动砧头运动并加压于动砧头、定砧头之间的试样；定砧头远离工作端的一端呈长方体，安装于定砧头固定座Ⅰ内；动砧头远离工作端的一端呈台阶式圆柱状, 小间隙滑动安装于固定座Ⅱ8的安装孔内；
所述动砧头7与所述定砧头1在水平方向相对设置，所述的动砧头、定砧头的材质为耐热模具钢；所述固定座Ⅱ8上开设有安装孔，所述动砧头7滑动安装于安装孔内，所述动砧头7的输入端设置有力传感器9和预压紧橡胶垫10，所述力传感器9安装在动砧头7的输入端，所述预压紧橡胶垫10安装在力传感器9上；
所述推动机构包括动轴12及轴套11，所述动轴12的输入端与热力模拟试验机13的动力系统相连，所述动轴12的输出端穿过轴套11后与动砧头7的输入端相对设置，轴套与轴之间为H11/c11滑动配合，动轴冲程大于150mm，动轴12在设备动力作用下能高速高压冲击动砧头7顺着固定座Ⅱ8上的安装孔的运动。所述动砧头7的工作端与所述定砧头1的工作端相对设置；
所述固定座Ⅰ2与所述夹持机构通过支撑机构相连，所述支撑机构包括上支架3和下支架15，所述上支架3和所述下支架15均为Z型弹性支架，所述上支架3的底端与上夹持电极5相连，所述上支架3的顶端通过锁紧螺钉Ⅰ16安装在所述固定座Ⅰ2上；所述下支架15的顶端与下夹持电极6相连，所述下支架15的底端通过锁紧螺钉Ⅰ16安装在所述固定座Ⅰ2上，所述上夹持电极5通过上绝缘垫片4与上支架3相连，所述下夹持电极6通过下绝缘垫片14与下支架15相连，所述动砧头7的输出端的端面和所述定砧头1的输出端面均为弧形凹面，动、定砧头锻造端工作面圆弧凹面半径与试样18变形后半径相同，长度比试样变形前的长度长6~8mm，圆弧凹面的深度小于试样变形后半径0~4mm，且圆弧形凹面与端面圆角过渡。
所述预压紧橡胶垫10上开设有冲击口，所述冲击口的直径大于所述动轴12的直径，动轴12穿过冲击口后高速推动动砧头运动并加压于动定砧头之间的试样，安装于动砧头末端的力传感器采集圆棒试样的锻造变形参数信息，冲击口的直径比动轴的直径大8~12mm；
所述试样18为圆棒状，所述动轴12的中心轴线、冲击口的中心轴线及动砧头7的中心轴线重合，试样18的中心轴线与动轴12的中心轴线垂直设置。
一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、将试样18水平装入上夹持电极5和下夹持电极6的弧形夹持凹面之间，试样18与上夹持电极5的圆弧形凹面和下夹持电极6的圆弧形凹面之间相互贴紧，上夹持电极5和下夹持电极6的圆弧中心与试样18的中心重合，试样18长度方向上与动砧头7和定砧头1保持居中；
步骤二、动砧头7在预压紧橡胶垫10的弹力作用下，与试样18接触，动砧头7与定砧头1进一步将试样18夹紧；
步骤三、上夹持电极5和下夹持电极6为试样18提供加热电流，通过焊接在试样18上的热电偶测温，待试样18温度达到金属试样18锻造温度时，保温5~8min；
步骤四、启动热力模拟试验机13的动力机构，带动动轴12高速高压冲击动砧头7锻压试样18，试样18在动砧头7、定砧头1的弧形凹槽中变形；
步骤五、利用安装于动砧头7末端的力传感器9采集试样18的锻造变形参数信息。
该装置基于圆棒状锻件的实际变形工况和变形行为，结合热模拟设备的工作原理，设计圆棒状锻件热力模拟的辅助装置，能真实反映圆棒状金属试样锻造的变形行为，提出了热模拟卡具的使用方法。
工作时，上夹持电极5和下夹持电极6对试样加热，动轴高速推动动砧头运动并加压于动定砧头之间的试样，安装于动砧头末端的力传感器采集圆棒试样的锻造变形参数信息。所提供的热力模拟辅助设备可使动砧头运动速度超过1200mm/s，真实反映圆棒状试样的变形行为。
还需要说明的是，在本文中，诸如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置，该辅助装置安装在热力模拟试验机(13)上对试样(18)进行锻造变形试验，其特征在于：包括定砧头(1)、固定座Ⅰ(2)、夹持机构、动砧头(7)、固定座Ⅱ(8)、推动机构；所述定砧头(1)安装在所述固定座Ⅰ(2)上，所述夹持机构设置在所述定砧头(1)和所述动砧头(7)之间用于对试样(18)进行夹持，所述夹持机构包括上夹持电极(5)和下夹持电极(6)，所述下夹持电极(6)设置在所述上夹持电极(5)的正下方；所述固定座Ⅰ(2)与所述夹持机构通过支撑机构相连，所述支撑机构包括上支架(3)和下支架(15)，所述上支架(3)和所述下支架(15)均为Z型弹性支架，所述上支架(3)的底端与上夹持电极(5)相连，所述上支架(3)的顶端通过锁紧螺钉Ⅰ(16)安装在所述固定座Ⅰ(2)上；所述下支架(15)的顶端与下夹持电极(6)相连，所述下支架(15)的底端通过锁紧螺钉Ⅰ(16)安装在所述固定座Ⅰ(2)上；
所述动砧头(7)与所述定砧头(1)在水平方向相对设置，所述固定座Ⅱ(8)上开设有安装孔，所述动砧头(7)滑动安装于安装孔内，所述动砧头(7)的输入端设置有力传感器(9)和预压紧橡胶垫(10)，所述力传感器(9)安装在动砧头(7)的输入端，所述预压紧橡胶垫(10)安装在力传感器(9)上；
所述推动机构包括动轴(12)及轴套(11)，所述动轴(12)的输入端与热力模拟试验机(13)的动力系统相连，所述动轴(12)的输出端穿过轴套(11)后与动砧头(7)的输入端相对设置。
2.根据权利要求1所述的一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置，其特征在于：所述动砧头(7)的工作端与所述定砧头(1)的工作端相对设置。
3.根据权利要求1所述的一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置，其特征在于：所述固定座Ⅰ(2)和所述固定座Ⅱ(8)均安装在所述热力模拟试验机(13)上，所述固定座Ⅱ(8)通过锁紧螺钉Ⅱ(17)安装在热力模拟试验机(13)上。
4.根据权利要求1所述的一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置，其特征在于：所述上夹持电极(5)通过上绝缘垫片(4)与上支架(3)相连，所述下夹持电极(6)通过下绝缘垫片(14)与下支架(15)相连。
5.根据权利要求1所述的一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置，其特征在于：所述上夹持电极(5)的夹持端和所述下夹持电极(6)的夹持端均为弧形凹面。
6.根据权利要求1所述的一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置，其特征在于：所述动砧头(7)的输出端的端面和所述定砧头(1)的输出端面均为弧形凹面。
7.根据权利要求1所述的一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置，其特征在于：所述预压紧橡胶垫(10)上开设有冲击口，所述冲击口的直径大于所述动轴(12)的直径。
8.根据权利要求1所述的一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置，其特征在于：所述试样(18)为圆棒状，所述动轴(12)的中心轴线、冲击口的中心轴线及动砧头(7)的中心轴线重合，试样(18)的中心轴线与动轴(12)的中心轴线垂直设置。
9.根据权利要求1~8任意一项所述的一种圆棒状金属锻件热模拟试验辅助装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将试样(18)水平装入上夹持电极(5)和下夹持电极(6)的弧形夹持凹面之间，试样(18)与上夹持电极(5)的圆弧形凹面和下夹持电极(6)的圆弧形凹面之间相互贴紧，上夹持电极(5)和下夹持电极(6)的圆弧中心与试样(18)的中心重合，试样(18)长度方向上与动砧头(7)和定砧头(1)保持居中；
步骤二、动砧头(7)在预压紧橡胶垫(10)的弹力作用下，与试样(18)接触，动砧头(7)与定砧头(1)进一步将试样(18)夹紧；
步骤三、上夹持电极(5)和下夹持电极(6)为试样(18)提供加热电流，通过焊接在试样(18)上的热电偶测温，待试样(18)温度达到金属试样(18)锻造温度时，保温5~8min；
步骤四、启动热力模拟试验机(13)的动力机构，带动动轴(12)高速高压冲击动砧头(7)锻压试样(18)，试样(18)在动砧头(7)、定砧头(1)的弧形凹槽中变形；
步骤五、利用安装于动砧头(7)末端的力传感器(9)采集试样(18)的锻造变形参数信息。
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