CN114279781B - 沟槽式热管力学拉伸试样的制备装置及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种沟槽式热管力学拉伸试样的制备装置及制备方法，包括：振动底座组件、电动丝杠组件、管材轴心定位夹紧组件和浇注型腔组件；所述电动丝杠组件和所述浇注型腔组件置于所述振动底座组件上，所述管材轴心定位夹紧组件置于所述电动丝杆组件上。本发明采用管材轴心自动定位夹紧组件、浇注型腔及振动散热底座组合布置的设计，通过各组件逐个实现管材自动同步夹紧，液体镶料的振动除气及流动液体加速镶料散热冷却及固化，既可提高制样的效率、试样的有效性及材料利用率，还可保证制备拉伸试样的两硬质夹头同轴且对称。
Description
技术领域
本发明涉及管材力学拉伸试样技术领域，具体地，涉及一种沟槽式热管力学拉伸试样的制备装置及制备方法。
背景技术
随着航空航天领域的快速发展，沟槽式热管由于其优异的传热性能广泛应用于卫星、火箭等航天器中，为验证热管的工作可靠性，需要开展热管力学拉伸试验进行型材质量检验。
专利文献CN106068434B(申请号：CN201580001886.4)公开了一种热管的制备方法，属于热管的制造及设备技术领域，将热管原材料杆材采用切向式连续挤压或者侧向挤压方法，在挤压力的作用下摩擦升温或者与外界热源的共同作用下升温至挤压温度，然后通过模具挤压成形，完成挤压过程；在金属管材刚被挤出模具时对金属管材的一端进行封头，挤压的过程中在金属管材中填充工质；对从模具挤压出来的金属管材达到所需长度的另一端进行封头，得到连续的两端封头的内真空管材；在金属管材的封头痕迹中间处依次剪断金属管材即为热管。
一般情况下，管材拉伸试验时通常使用万能拉伸夹具夹持管材两端并在夹持端管内腔插入内芯以防止夹扁。
若沟槽式热管采用此方法进行夹持拉伸试验，一方面由于万能拉伸夹具与热管外壁接触面积较小，近乎为线接触，拉伸试验时由于夹持力不足引起夹持端打滑，导致拉伸数据的波动，甚至导致试验测得数据失真及失效。另一方面由于受到沟槽式热管内部槽道的限制，内芯不能完全充满管内腔，导致热管夹持端容易被夹扁从而诱发拉伸断裂在热管夹持端，最终导致试验样件及测得数据失效。
因此，为提高沟槽式热管拉伸试验有效率及材料利用率，可在管材夹持端制备硬质夹头以便于夹持，故设计一种沟槽式热管力学拉伸试样的制备方法及装置。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种沟槽式热管力学拉伸试样的制备装置及制备方法。
根据本发明提供的沟槽式热管力学拉伸试样的制备装置，包括：振动底座组件、电动丝杠组件、管材轴心定位夹紧组件和浇注型腔组件；
所述电动丝杠组件和所述浇注型腔组件置于所述振动底座组件上，所述管材轴心定位夹紧组件置于所述电动丝杆组件上。
优选的，所述振动底座组件包括底座壳体、底座型腔盖、滑动限位卡扣、弹簧、振动电机、振动底板、控制电箱和液冷散热流道；
底座型腔盖通过螺栓固定于底座壳体上；
2个滑动限位卡扣连接于底座型腔盖上表面滑轨内；
4个弹簧垂直均匀焊接于底座型腔盖的中心腔体上表面；
振动电机通过螺钉固定于振动底板下表面；
控制电箱过螺钉固定于底座型腔盖下表面；
液冷散热流道缠绕于底座型腔盖的中心腔体外表面，通过黏胶固定，其进出口穿过底座壳体侧板用于外接。
优选的，所述电动丝杠组件包括丝杠安装侧板、丝杠、光滑导柱、电源线、丝杠电机；
丝杠安装侧板下端连接于底座型腔盖上，通过卡扣连接固定；
丝杠下端连接于底座型腔盖上表面的螺栓孔内，丝杠上端内嵌于丝杠安装侧板的卡槽内；
2根光滑导柱下端连接于底座型腔盖上表面的螺栓孔内，对称分布于丝杠两端；
电源线连接于控制电箱内，固定于丝杠安装侧板背面；
丝杠电机连接于丝杠上并放置于为底座型腔盖上。
优选的，所述管材轴心定位夹紧组件包括同步升降滑台、电控接口、控制电机、同步升降块、夹紧滑块；
同步升降滑台固定于丝杠和光滑导柱上；
电控接口布于同步升降滑台侧表面，与电源线连接；
6个控制电机均匀分布于同步升降滑台内圆弧面，通过螺钉固定；
12同步升降块以2个为一组，一端通过轴杆连接于控制电机上，其另一端通过轴杆连接于6个夹紧滑块上。
优选的，所述浇注型腔组件包含浇注模具Ⅰ和浇注模具Ⅱ；
浇注模具Ⅰ和浇注模具Ⅱ对称贴合放置于振动底板上并内嵌于底座型腔盖的中心腔体内，通过2个滑动限位卡扣限位固定。
根据本发明提供的沟槽式热管力学拉伸试样的制备方法，执行：
步骤1：根据热管外径的大小并按照预设规则切取相应长度的热管作为试样坯料；
步骤2：对试样坯料的两切面进行平口；
步骤3：对试样坯料进行清洗；
步骤4：组装热管拉伸试样制备装置，在装置型腔底座的型腔表面涂上脱模剂或垫上一层塑料薄膜以便于试样制备后脱模；
步骤5：将清洗后的试样坯料安装固定于制备装置上，并保持热管底端切割面与装置底座型腔底面间隔预设距离；
步骤6：将凝胶及固化剂倒入烧杯中，使用搅拌棒顺时针搅拌至充分混合成稀浆状并具有流动性；
步骤7：将已混合的液体镶料，顺着装置底座上的注浇槽流入底座型腔内，直至注入足量体积并浸入热管内腔，再降低热管坯料高度使坯料底端切面与型腔底面贴合；
步骤8：对镶料进行固化；
步骤9：拆卸制备装置并取出一端固化后的热管拉伸试样；
步骤10：重复步骤4-9制备热管拉伸试样的另一端硬质夹头。
优选的，在进行试样坯料切取时，保证切面垂直于热管轴线。
优选的，在对试样坯料进行清洗时，首先采用汽油预除油，再通过化学碱液超声波清洗热管，深度去除热管表面油污、腐斑，提高试样坯料与镶料的粘附强度。
优选的，所述凝胶包括环氧树脂、丙烯酸、聚酯树脂、牙托粉；凝胶与固化剂的比例为1.4：1。
优选的，在固化镶料时，先通电开启振动电机，通过振动将镶料中气体排出，再通入循环流体，通过流体带走热量加速镶料固化至完全固化。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明可实现沟槽式热管拉伸硬质夹头的制作，制作时可对沟槽式热管的内部空腔进行无缝填补从而实现强化支撑，有效避免沟槽式热管拉伸夹持端被夹扁，进而提高试验有效性及材料利用率；
2、本发明采用振动电机对浇注镶料进行振动除气，大幅提高硬质夹头硬度，避免拉伸时由于气孔压缩出现打滑现象，确保试验数据的有效性；
3、本发明采用液体流道进行散热，可实现液体镶料迅速散热及固化，缩短制样时间，提高制样效率；
4、本发明采用升降滑台与同步升降块、夹紧滑块连接，可实现6个夹紧滑块的同步升降，从而可对任意沟槽式热管的轴心进行对齐与夹紧，保证重复定位精度，进而确保拉伸试样两端硬质夹头对称；
5、本发明通过电机控制升降滑台升降，可无级调节管坯制样时高度以及制样结束后脱模；
6、本发明采用两浇注型腔拼接组合的形式，可通过改变型腔形状实现任意形状夹头的制备；
7、本发明构造简单，制造方便，可批量生产，也可通过简单的适应性修改满足不同尺寸规格热管的使用需求及不同工作环境下的使用需求。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据本发明提供的沟槽式热管力学拉伸试样制备装置的组成结构图；
图2是根据本发明提供的沟槽式热管力学拉伸试样制备装置的振动底座组件的组成结构图；
图3是根据本发明提供的沟槽式热管力学拉伸试样制备装置的电动丝杠组件的组成结构图；
图4是根据本发明提供的沟槽式热管力学拉伸试样制备装置的管材轴心定位夹紧组件的组成结构图；
图5是根据本发明提供的沟槽式热管力学拉伸试样制备装置的浇注型腔结构图及制作得到的沟槽式热管力学拉伸试样图；
图中：
1-型腔底座组件、2-电动丝杠组件、3-管材轴心定位夹紧组件、4-浇注型腔、11-底座型腔、12-底座型腔盖、13-滑动限位卡扣、14-弹簧、15-振动电机、16-振动底板、17-控制电箱、18-液冷散热流道、21-丝杠安装侧板、22-丝杠、23-光滑导柱、24-电源线、25-丝杠电机、31-同步升降滑台、32-电控接口、33-控制电机、34-同步升降块、35-夹紧滑块、41-浇注模具Ⅰ、42-硬质夹头、43-浇注模具Ⅱ、44-热管坯料。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例：
请参阅图1～图5，本发明提供了一种沟槽式热管力学拉伸试样制备装置。采用管材轴心自动定位夹紧组件、浇注型腔及振动散热底座组合布置的设计，可实现轴心定位夹紧组件高度的同步升降及无级自动调节，热管轴心重复精确定位及夹紧固定，镶料振动除气、流动液体加速镶料散热及固化、可更换型腔及方便脱模。其技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供一种沟槽式热管力学拉伸试样制备装置，包括振动底座组件1、电动丝杠组件2、管材轴心定位夹紧组件3及浇注型腔组件4，电动丝杠组件2及浇注型腔4设置于振动底座组件1上，管材轴心定位夹紧组件3置于电动丝杆组件2上，其中：
所述振动底座组件1包括底座壳体11、底座型腔盖12、滑动限位卡扣13、弹簧14、振动电机15、振动底板16、控制电箱17、液冷散热流道18，底座型腔盖12通过螺栓固定于底座壳体11上，2个滑动限位卡扣13连接于底座型腔盖12上表面滑轨内，4个弹簧14垂直均匀焊接于底座型腔盖12的中心腔体上表面，振动电机15通过螺钉固定于振动底板16下表面，控制电箱17过螺钉固定于底座型腔盖12下表面，液冷散热流道18缠绕于底座型腔盖12的中心腔体外表面，通过黏胶固定，其进出口穿过底座壳体11侧板用于外接。
所述电动丝杠组件2包括丝杠安装侧板21、丝杠22、光滑导柱23、电源线24、丝杠电机25，丝杠安装侧板21下端连接于底座型腔盖12上，通过卡扣连接固定，丝杠22下端连接于底座型腔盖12上表面的螺栓孔内，上端内嵌于丝杠安装侧板21的卡槽内，2根光滑导柱23下端连接于底座型腔盖12上表面的螺栓孔内，对称分布于丝杠22两端，电源线24连接于控制电箱17内，固定于丝杠安装侧板21背面连接于32为电控接口上，丝杠电机25连接于丝杠22上并放置于12为底座型腔盖上。
所述管材轴心定位夹紧组件3包括同步升降滑台31、电控接口32、控制电机33、同步升降块34、夹紧滑块35，同步升降滑台31固定于丝杠22和光滑导柱23上，电控接口32布于同步升降滑台31侧表面，与电源线24连接，6个控制电机33均匀分布于同步升降滑台31内圆弧面，通过螺钉固定，12同步升降块34以2个为一组其一端通过轴杆连接于控制电机33上，其另一端通过轴杆连接于6个夹紧滑块35上。
所述浇注型腔4包含浇注模具Ⅰ41、浇注模具Ⅱ43，浇注模具Ⅰ41和浇注模具Ⅱ43对称贴合放置于振动底板16上并内嵌于底座型腔盖12的中心腔体内，通过2个滑动限位卡扣13限位固定。
本发明通过读取刻度进行镶料注入量的调节，可实现热管硬质夹头大小的精确调整；通过振动电机12可实现液体镶料振动除气，可大幅提高热管硬质夹头内部空隙，显著提高夹头密度及硬度；通过液冷散热流道15外接液体进行循环冷却，可实现液体镶料迅速散热及固化，缩短制样时间，提高制样效率；通过丝杠电机21及丝杠23通电控制，可实现轴心定位夹紧组件3无级升降，进而实现热管试样的自动下降定位及自动上升脱模；通过丝杠23调整轴心定位夹紧组件3高度，可适应任意长度的热管定位及夹紧；通过控制电机32控制同步升降块33、夹紧滑块34同步运动，可实现6个滑块的高度统一以及高度的无级同步调整，进而保证热管处于竖直状态且轴心重复精确定位。
本发明提供了一种沟槽式热管力学拉伸试样的制备方法，包括：
步骤1：切样，对管径为6-18mm的沟槽式热管进行取样，按照GB/T228-2010《金属材料室温拉伸试验方法》在热管原料上切取长度为110mm的热管作为试样坯料，切取时保证切面垂直于热管轴线；
步骤2：平口，在100目的金相试纸上对沟槽式热管试样坯料的两切面进行磨削，磨掉切割面上的毛刺或细屑以保证试样坯料端面平整；
步骤3：试样清洗，首先采用200ml汽油浸泡进行预除油，紧接着通过60℃化学碱液(NaOH、NaSiO3、Na2CO3混合液)超声波清洗热管6min，深度去除热管表面油污、腐斑、氧化皮等，最后用清水冲洗至PH为中性，以提高试样坯料与镶嵌料的粘附强度；
步骤4：制样装置准备，先将型腔底座组件1拼装完成并锁紧，平稳放置于水平台面上，将浇注型腔4拼接放置于型腔底座组件1内并锁死，然后将面积为600mm2的正方形聚乙烯薄膜贴附于浇注模内表面以便于制样后脱模，最后将电动丝杠组件2，管材轴心定位夹紧组件3组装固定于适当高度；
步骤5：试样固定，将步骤3清洗后的热管坯料44从上至下逐步插入管材轴心定位夹紧组件3中心及浇注型腔4中心，通过启动丝杠电机25调节管材轴心定位夹紧组件3高度至约70mm高，然后控制夹紧滑块35同步夹紧热管坯料44，紧接着调节热管坯料44高度至其下切割面与浇注型腔4内腔表面间隔10mm左右，然后锁紧固定；
步骤6：镶料准备，在室温下将牙托粉及牙托水按1.4：1的比例倒入烧杯中，使用搅拌棒顺时针搅拌2分钟左右至充分混合成稀浆状并具有一定的流动性；
步骤7：镶料注入，用针筒将已混合的液体镶料吸出，顺着浇注型腔4的注浇槽慢慢注入底座型腔内，直至注入足量体积的镶料并淹没热管端面及浸入热管内腔，紧接着调节热管坯料44高度至其下切割面与浇注型腔4内腔表面接触平齐，然后锁紧固定；
步骤8：镶料除气固化，首先通电开启振动电机15约5min，通过振动将液体镶料中残余气体排出，再外接自来水管通入液冷散热流道18进行流动循环20min，通过流体散热带走液体镶料热量加速镶料固化至完全固化；
步骤9：脱模取样，待镶料完全固化后，松开滑动限位卡扣13，启动丝杠电机25升高管材轴心定位夹紧组件3高度带动浇注型腔4升高至其下表面高于底座型腔盖12上表面，然后手动分离浇注模具Ⅰ41和浇注模具Ⅱ43至裸露出硬质夹头42，紧接着启动丝杠电机25控制同步升降块35和夹紧滑块35松开热管坯料44，即可将一端固化后的热管拉伸试样手动从下至上取出。
步骤10：重复制备，重复步骤4-9制备热管拉伸试样的另一端硬质夹头，沟槽式热管力学拉伸试样制备操作结束。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (5)
1.一种沟槽式热管力学拉伸试样的制备装置，其特征在于，包括：振动底座组件（1）、电动丝杠组件（2）、管材轴心定位夹紧组件（3）和浇注型腔组件（4）；
所述电动丝杠组件（2）和所述浇注型腔组件（4）置于所述振动底座组件（1）上，所述管材轴心定位夹紧组件（3）置于所述电动丝杠组件（2）上；
所述振动底座组件（1）包括底座壳体（11）、底座型腔盖（12）、滑动限位卡扣（13）、弹簧（14）、振动电机（15）、振动底板（16）、控制电箱（17）和液冷散热流道（18）；
底座型腔盖（12）通过螺栓固定于底座壳体（11）上；
2个滑动限位卡扣（13）连接于底座型腔盖（12）上表面滑轨内；
4个弹簧（14）垂直均匀焊接于底座型腔盖（12）的中心腔体上表面；
振动电机（15）通过螺钉固定于振动底板（16）下表面；
控制电箱（17）通过螺钉固定于底座型腔盖（12）下表面；
液冷散热流道（18）缠绕于底座型腔盖（12）的中心腔体外表面，通过黏胶固定，其进出口穿过底座壳体（11）侧板用于外接；
所述电动丝杠组件（2）包括丝杠安装侧板（21）、丝杠（22）、光滑导柱（23）、电源线（24）、丝杠电机（25）；
丝杠安装侧板（21）下端连接于底座型腔盖（12）上，通过卡扣连接固定；
丝杠（22）下端连接于底座型腔盖（12）上表面的螺栓孔内，丝杠（22）上端内嵌于丝杠安装侧板（21）的卡槽内；
2根光滑导柱（23）下端连接于底座型腔盖（12）上表面的螺栓孔内，对称分布于丝杠（22）两端；
电源线（24）连接于控制电箱（17）内，固定于丝杠安装侧板（21）背面；
丝杠电机（25）连接于丝杠（22）上并放置于底座型腔盖（12）上；
所述管材轴心定位夹紧组件（3）包括同步升降滑台（31）、电控接口（32）、控制电机（33）、同步升降块（34）、夹紧滑块（35）；
同步升降滑台（31）固定于丝杠（22）和光滑导柱（23）上；
电控接口（32）布于同步升降滑台（31）侧表面，与电源线（24）连接；
6个控制电机（33）均匀分布于同步升降滑台（31）内圆弧面，通过螺钉固定；
12同步升降块（34）以2个为一组，一端通过轴杆连接于控制电机（33）上，其另一端通过轴杆连接于6个夹紧滑块（35）上；
所述浇注型腔组件（4）包含浇注模具Ⅰ（41）和浇注模具Ⅱ（43）；
浇注模具Ⅰ（41）和浇注模具Ⅱ（43）对称贴合放置于振动底板（16）上并内嵌于底座型腔盖（12）的中心腔体内，通过2个滑动限位卡扣（13）限位固定。
2.一种沟槽式热管力学拉伸试样的制备方法，其特征在于，采用权利要求1中所述的沟槽式热管力学拉伸试样的制备装置执行：
步骤1：切样，根据热管外径的大小并按照预设规则切取相应长度的热管作为试样坯料；
步骤2：平口，对试样坯料的两切面进行平口；
步骤3：试样清洗，对试样坯料进行清洗；
步骤4：制样装置准备，组装热管拉伸试样制备装置，在装置浇注型腔组件的型腔表面涂上脱模剂或垫上一层塑料薄膜以便于试样制备后脱模；
步骤5：试样固定，将清洗后的试样坯料安装固定于制备装置上，并保持热管底端切割面与装置底座型腔底面间隔预设距离；
步骤6：镶料准备，将凝胶及固化剂倒入烧杯中，使用搅拌棒顺时针搅拌至充分混合成稀浆状并具有流动性；
步骤7：镶料注入，将已混合的液体镶料，顺着装置底座上的注浇槽流入底座型腔内，直至注入足量体积并浸入热管内腔，再降低试样坯料高度使坯料底端切面与型腔底面贴合；
步骤8：镶料除气固化，先通电开启振动电机，通过振动将镶料中气体排出，再通入循环流体，通过流体带走热量加速镶料固化至完全固化；
步骤9：脱模取样，拆卸制备装置并取出一端固化硬质夹头的热管拉伸试样；
步骤10：重复步骤4-步骤9制备热管拉伸试样的另一端硬质夹头。
3.根据权利要求2所述的沟槽式热管力学拉伸试样的制备方法，其特征在于，在进行试样坯料切取时，保证切面垂直于热管轴线。
4.根据权利要求2所述的沟槽式热管力学拉伸试样的制备方法，其特征在于，在对试样坯料进行清洗时，首先采用汽油预除油，再通过化学碱液超声波清洗热管，深度去除热管表面油污、腐斑，提高试样坯料与镶料的粘附强度。
5.根据权利要求2所述的沟槽式热管力学拉伸试样的制备方法，其特征在于，所述凝胶包括环氧树脂、丙烯酸、聚酯树脂、牙托粉；凝胶与固化剂的比例为1.4：1。
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