CN110849737A - 一种电辅助单拉试验温度控制装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电辅助单拉试验温度控制装置及在试验过程中控制试样上温度均匀性的方法，包括电源控制柜；第一耐高温绝缘胶带；第二耐高温绝缘胶带；第一恒直流电源；第二恒直流电源；第一夹钳；第二夹钳；第一陶瓷加热片；第二陶瓷加热片；吹风机。通过本发明的技术方案，可以提高试样与夹钳交界处的温度，进而降低试样上的温度分布梯度，实现电辅助单拉试验中试样上温度的均匀控制，使得试样变形均匀，更加准确的描述材料的变形流动行为，避免了传统设计中因试样与夹钳之间的传热问题导致温度分布不均从而引起的变形集中问题。
Description
技术领域
本发明属于塑性成形性能基础试验技术领域，尤其涉及一种研究金属板料电致塑性过程中电辅助单拉试验温度控制装置及其使用方法，可用于研究电场对金属板料成形性能的影响规律，揭示电场对材料流动行为的影响机理。
背景技术
在工业领域中，轻量化可以直接降低油耗、减小废气排放、提高效益，因此各行各业对轻量化提出了迫切要求，一些轻质合金(钛合金、镁合金、高强铝合金)以其比强度高、耐腐蚀等优良的性能被广泛应用于航空航天、汽车等领域。但其常温下塑性成形性能差，成形窗口小，限制了其应用。研究发现，金属等材料在加载电流后其成形性能发生了显著变化，如塑性提高、变形抗力降低等，这种现象称为电致塑性效应。因此，电辅助成形是实现难变形材料难成形结构精确成形制造的极具前景的技术之一。一方面电流通过焦耳热效应提高材料温度，使材料发生热软化(热致塑性/热效应)，另一方面电流可以直接降低材料的流动应力(纯电致塑性/非热效应)。对于纯电致塑性的机理，目前存在很多争论。有的学者认为纯电致塑性是由于运动电子与位错发生交互作用，加速位错运动从而降低流动应力、提高材料塑性；有的学者认为纯电致塑是由于电子对溶质原子、异质相、析出相、回归的影响等。因此，为了将纯电塑性应用于塑性成形过程中，需要对其机理进行进一步的研究。而单向拉伸试验是研究材料流动行为的基础性试验，因此电辅助单拉试验被广泛用于研究电场对材料流动行为的影响机理。
在电辅助单拉试验过程中，当电流通过金属材料时，会产生焦耳热。由于试样与单拉夹钳之间的热传导，导致试样上与夹钳接触的交界处温度很低，使得试验过程中单拉试样上存在很大的温度梯度，这对试样上标距段的变形均匀性造成很严重的影响，导致变形集中，提早断裂。因此，需要通过一种方法来控制单拉试样上的温度均匀性。
目前对于温度均匀性控制的方法主要有：1.改变试样的尺寸，缩小标距段；2.改变试样的形状；3.利用吹风机等装置控制温度；4.试验过程中实时调整电流大小等。但这些方法对控制温度均匀性的效果有限，使电辅助单拉试验的结果，尤其是延伸率存在很大误差，不利于研究电场对金属材料流动行为影响的机理。
发明内容
本发明提供电辅助单拉试验温度控制装置及在试验过程中控制试样上温度均匀性的方法，解决因温度分布不均导致的变形集中问题。试验过程中的温度梯度主要是由试样与夹钳之间的传热造成的，因此最直接的方法也是对试样与夹钳的交界处进行改进。本发明提出在试样与夹钳的交界处进行辅助加热，即将陶瓷加热片贴到试样与夹钳的交界处，然后用外接的恒直流电源对陶瓷加热片进行加热，提高交界处的温度，进而降低试样上的温度分布梯度。同时，在试样的两端粘贴耐高温绝缘胶带，提高接触部位的电阻值，进一步提高交界处的温度。本发明的具体技术方案如下：
一种电辅助单拉试验温度控制装置，其特征在于，包括电源控制柜；第一耐高温绝缘胶带；第二耐高温绝缘胶带；第一恒直流电源；第二恒直流电源；第一夹钳；第二夹钳；第一陶瓷加热片；第二陶瓷加热片；吹风机，其中，
所述电源控制柜通过导线与单拉试样的两端连接；
所述第一耐高温绝缘胶带和所述第二耐高温绝缘胶带粘贴包裹于单拉试样的两端，能够提高单拉试样在试验时的接触电阻；
所述第一陶瓷加热片与所述第一耐高温绝缘胶带相邻粘贴在单拉试样上，所述第二陶瓷加热片与所述第二耐高温绝缘胶带相邻粘贴在单拉试样上，所述第一陶瓷加热片和所述第二陶瓷加热片在内侧，所述第一耐高温绝缘胶带和所述第二耐高温绝缘胶带在外侧，单拉试样从底端到顶端依次排列所述第一耐高温绝缘胶带、所述第一陶瓷加热片、所述第二陶瓷加热片、所述第二耐高温绝缘胶带，所述第一陶瓷加热片和所述第二陶瓷加热片通过导线分别与所述第一恒直流电源和所述第二恒直流电源连接；
所述第一夹钳和所述第二夹钳对称夹持单拉试样的两端，并将单拉试样固定装夹在单拉试验机上；
所述吹风机通过改变吹风强度来控制单拉试样的温度。
进一步地，所述电源控制柜与单拉试样两端连接的导线为铜导线，截面积为320mm2-480mm2。
进一步地，一种电辅助单拉试验温度控制装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：用导线将所述电源控制柜与单拉试样的两端连接；
S2：将所述第一耐高温绝缘胶带和所述第二耐高温绝缘胶带粘贴包裹于单拉试样的两端；
S3：将粘有所述第一耐高温绝缘胶带和所述第二耐高温绝缘胶带的单拉试样用所述第一夹钳与所述第二夹钳装夹到单拉试验机上，单拉试样处于所述第一夹钳与所述第二夹钳的中间位置；
S4：将所述第一陶瓷加热片与所述第一耐高温绝缘胶带相邻粘贴在单拉试样上，将所述第二陶瓷加热片与所述第二耐高温绝缘胶带相邻粘贴在单拉试样上，所述第一陶瓷加热片和所述第二陶瓷加热片在内侧，所述第一耐高温绝缘胶带和所述第二耐高温绝缘胶带在外侧，单拉试样从底端到顶端依次排列所述第一耐高温绝缘胶带、所述第一陶瓷加热片、所述第二陶瓷加热片、所述第二耐高温绝缘胶带；
S5：将所述第一陶瓷加热片和所述第二陶瓷加热片通过导线分别与所述第一恒直流电源和所述第二恒直流电源连接；
S6：打开所述第一恒直流电源和所述第二恒直流电源，调节输出电流，给所述第一陶瓷加热片和所述第二陶瓷加热片加热到指定温度A℃；
S7：打开所述电源控制柜，设置电流值，同时用所述吹风机控制单拉试样的表面温度，使温度稳定，防止单拉试样的温度过冲；
S8：调节所述第一恒直流电源和所述第二恒直流电源的输出电流，进一步提高试样上温度分布的均匀性；
S9：设置单拉参数，进行单拉试验，单拉过程中改变所述吹风机的吹风强度来使温度稳定在所述指定温度A℃。
本发明的有益效果在于：
1.本发明可以解决电辅助单拉过程中因温度分布不均匀导致的变形集中问题，进而消除温度梯度对单拉试验结果的影响，得到更加正确的材料流动行为；
2.本发明可以加速纯电致塑性效应在工业界的应用，成形出符合要求的零件；
3.本发明可为其他工况中温度不均匀问题提供指导作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明一个实施例的电辅助单拉试验所采用的单拉试样图；
图2是本发明一个实施例的在单拉试样端头包裹耐高温绝缘胶带的示意图；
图3是本发明一个实施例的电辅助单拉试验整体布局图。
附图标号说明：
1-电源控制柜；2-第一耐高温绝缘胶带；3-第二耐高温绝缘胶带；4-第一恒直流电源；5-第二恒直流电源；6-第一夹钳；7-第二夹钳；8-第一陶瓷加热片；9-第二陶瓷加热片；10-吹风机；11-单拉试样。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
一种电辅助单拉试验温度控制装置，包括电源控制柜1；第一耐高温绝缘胶带2；第二耐高温绝缘胶带3；第一恒直流电源4；第二恒直流电源5；第一夹钳6；第二夹钳7；第一陶瓷加热片8；第二陶瓷加热片9；吹风机10；其中，
电源控制柜1通过导线与单拉试样11的两端连接；
第一耐高温绝缘胶带2和第二耐高温绝缘胶带3粘贴包裹于单拉试样11的两端，能够提高单拉试样11在试验时的接触电阻，进而提高温度；
第一陶瓷加热片8与第一耐高温绝缘胶带2相邻粘贴在单拉试样11上，第二陶瓷加热片9与第二耐高温绝缘胶带3相邻粘贴在单拉试样11上，第一陶瓷加热片8和第二陶瓷加热片9在内侧，第一耐高温绝缘胶带2和第二耐高温绝缘胶带3在外侧，单拉试样从底端到顶端依次排列第一耐高温绝缘胶带2、第一陶瓷加热片8、第二陶瓷加热片9、第二耐高温绝缘胶带3，第一陶瓷加热片8和第二陶瓷加热片9通过导线分别与第一恒直流电源4和第二恒直流电源5连接；
第一夹钳6和第二夹钳7对称夹持单拉试样11的两端，并将单拉试样11固定装夹在单拉试验机上；
吹风机10通过改变吹风强度来控制单拉试样11的温度。
电源控制柜1与单拉试样11两端连接的导线为铜导线，截面积为320mm2-480mm2。
如图1-3所示，一种电辅助单拉试验温度控制装置的使用方法，包括以下步骤：
S1：用导线将电源控制柜1与单拉试样11的两端连接；
S2：将第一耐高温绝缘胶带2和第二耐高温绝缘胶带3粘贴包裹于单拉试样11的两端，如图2所示；
S3：将粘有第一耐高温绝缘胶带2和第二耐高温绝缘胶带3的单拉试样11用第一夹钳6与第二夹钳7装夹到单拉试验机上，单拉试样11处于第一夹钳6与第二夹钳7的中间位置；
S4：将第一陶瓷加热片8与第一耐高温绝缘胶带2相邻粘贴在单拉试样11上，将第二陶瓷加热片9与第二耐高温绝缘胶带3相邻粘贴在单拉试样11上，第一陶瓷加热片8和第二陶瓷加热片9在内侧，第一耐高温绝缘胶带2和第二耐高温绝缘胶带3在外侧，单拉试样从底端到顶端依次排列第一耐高温绝缘胶带2、第一陶瓷加热片8、第二陶瓷加热片9、第二耐高温绝缘胶带3；
S5：将第一陶瓷加热片8和第二陶瓷加热片9通过导线分别与第一恒直流电源4和第二恒直流电源5连接；
S6：打开第一恒直流电源4和第二恒直流电源5，调节输出电流，给第一陶瓷加热片8和第二陶瓷加热片9加热到指定温度A℃；
S7：打开电源控制柜1，设置电流值，同时用吹风机10控制单拉试样11的表面温度，使温度稳定，防止单拉试样11的温度过冲；
S8：调节第一恒直流电源4和第二恒直流电源5的输出电流，进一步提高试样上温度分布的均匀性；
S9：设置单拉参数，进行单拉试验，单拉过程中改变吹风机10的吹风强度来使温度稳定在指定温度A℃。
通过本发明的实验装置及方法，对于铝合金的单拉试样，可将温度控制在30℃～280℃内的指定温度。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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 (3)
1.一种电辅助单拉试验温度控制装置，其特征在于，包括电源控制柜(1)；第一耐高温绝缘胶带(2)；第二耐高温绝缘胶带(3)；第一恒直流电源(4)；第二恒直流电源(5)；第一夹钳(6)；第二夹钳(7)；第一陶瓷加热片(8)；第二陶瓷加热片(9)；吹风机(10)，其中，
所述电源控制柜(1)通过导线与单拉试样的两端连接；
所述第一耐高温绝缘胶带(2)和所述第二耐高温绝缘胶带(3)粘贴包裹于单拉试样的两端，能够提高单拉试样在试验时的接触电阻；
所述第一陶瓷加热片(8)与所述第一耐高温绝缘胶带(2)相邻粘贴在单拉试样上，所述第二陶瓷加热片(9)与所述第二耐高温绝缘胶带(3)相邻粘贴在单拉试样上，所述第一陶瓷加热片(8)和所述第二陶瓷加热片(9)在内侧，所述第一耐高温绝缘胶带(2)和所述第二耐高温绝缘胶带(3)在外侧，单拉试样从底端到顶端依次排列所述第一耐高温绝缘胶带(2)、所述第一陶瓷加热片(8)、所述第二陶瓷加热片(9)、所述第二耐高温绝缘胶带(3)，所述第一陶瓷加热片(8)和所述第二陶瓷加热片(9)通过导线分别与所述第一恒直流电源(4)和所述第二恒直流电源(5)连接；
所述第一夹钳(6)和所述第二夹钳(7)对称夹持单拉试样的两端，并将单拉试样固定装夹在单拉试验机上；
所述吹风机(10)通过改变吹风强度来控制单拉试样的温度。
2.根据权利要求1所述的一种电辅助单拉试验温度控制装置，其特征在于，所述电源控制柜(1)与单拉试样两端连接的导线为铜导线，截面积为320mm2-480mm2。
3.根据权利要求1所述的一种电辅助单拉试验温度控制装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：用导线将所述电源控制柜(1)与单拉试样的两端连接；
S2：将所述第一耐高温绝缘胶带(2)和所述第二耐高温绝缘胶带(3)粘贴包裹于单拉试样的两端；
S3：将粘有第一耐高温绝缘胶带(2)和所述第二耐高温绝缘胶带(3)的单拉试样用所述第一夹钳(6)与所述第二夹钳(7)装夹到单拉试验机上，单拉试样处于所述第一夹钳(6)与所述第二夹钳(7)的中间位置；
S4：将所述第一陶瓷加热片(8)与所述第一耐高温绝缘胶带(2)相邻粘贴在单拉试样上，将所述第二陶瓷加热片(9)与所述第二耐高温绝缘胶带(3)相邻粘贴在单拉试样上，所述第一陶瓷加热片(8)和所述第二陶瓷加热片(9)在内侧，所述第一耐高温绝缘胶带(2)和所述第二耐高温绝缘胶带(3)在外侧，单拉试样从底端到顶端依次排列所述第一耐高温绝缘胶带(2)、所述第一陶瓷加热片(8)、所述第二陶瓷加热片(9)、所述第二耐高温绝缘胶带(3)；
S5：将所述第一陶瓷加热片(8)和所述第二陶瓷加热片(9)通过导线分别与所述第一恒直流电源(4)和所述第二恒直流电源(5)连接；
S6：打开所述第一恒直流电源(4)和所述第二恒直流电源(5)，调节输出电流，给所述第一陶瓷加热片(8)和所述第二陶瓷加热片(9)加热到指定温度A℃；
S7：打开所述电源控制柜(1)，设置电流值，同时用所述吹风机(10)控制单拉试样的表面温度，使温度稳定，防止单拉试样的温度过冲；
S8：调节所述第一恒直流电源(4)和所述第二恒直流电源(5)的输出电流，进一步提高试样上温度分布的均匀性；
S9：设置单拉参数，进行单拉试验，单拉过程中改变所述吹风机(10)的吹风强度来使温度稳定在所述指定温度A℃。
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