專利名稱：保護氣體超塑性脹形可控溫度、壓力的光電記錄試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于現代先進制造的儀器技術領域，具體是涉及一種特別適用于超塑性脹形變形規律研究的試驗裝置。
背景技術：
板材超塑性脹形在現代航天航空制造領域占有重要的地位，實驗研究超塑脹形變形過程與溫度、壓力的定量關系，對超塑性脹形規律的研究和成形工藝的制定是必不可少的手段，尤其是對硬脆性高溫材料(如陶瓷、金屬間化合物等)，由于是在高溫下進行實驗，加熱、隔熱、氧化、壓力控制、變形過程的圖像記錄和數據處理等，至今還存在許多難題，亟待解決。
發明內容
本實用新型要提供一種既能在高溫下控制脹形的壓力和溫度，又能記錄脹形件變化的圖像，而且還能防止高溫氧化的超塑性脹形試驗裝置。
本實用新型的上述目的是這樣實現的，結合附圖說明如下本實用新型的裝置由上進氣系統、下進氣系統、壓力成形裝置、光電測量記錄裝置和單片機控制系統組成，上、下進氣系統中分別裝有溫度壓力調節系統，上進氣系統和下進氣系統與壓力成形裝置連通，光電測量記錄裝置的平行光源置于壓力平行裝置的前方，數碼攝像機置于壓力成形裝置的后方，單片機的輸入端分別與溫度壓力調節系統中的熱電耦和壓力傳感器連接，單片機的輸出端分別與溫度壓力調節系統中的流量閥連通。
上進氣系統由氬氣瓶1、總閥2、減壓閥3、電磁調壓閥4、凈化氬氣裝置5、溫度壓力調節系統6和進氣管8組成，并與上氣壓腔9連通。
下進氣系統由氬氣瓶46、總閥45、減壓閥44、電磁調壓閥43、凈化氬氣裝置41、溫度壓力調節系統42和進氣管40組成，并與下氣壓腔37連通。
凈化氬氣裝置由電阻爐(50)、螺旋冷凝管(52)、凈化器(53)、凝結水儲水器(54)和排水閥(55)組成，電阻爐(50)一端與電磁調壓閥(4，43)連接，另一端與螺旋冷凝管(52)連通，電阻爐(50)配有熱電耦(49)和溫控儀(47)置于冷凝器室(51)中的螺旋冷凝管(52)的三個管口分別與電阻爐(50)、凈化器(53)和凝結水儲水器(54)的上端連通，凝結水儲水器(54)的下端與排水閥(55)連通，凈化器(53)另一端與溫度、壓力調節系統(6，42)連通。
壓力成形裝置由上模固定板(19)，下壓邊模支撐塊(25)，下壓邊筒支撐塊(26)，玻璃(12)和石英玻璃(13，14)組成，上模固定板(19)上開有抽真空管(10)和進氣管(8)的管道，石英玻璃(14)與上模固定板(19)和下壓邊模支撐塊(25)固接，石英玻璃(13)和玻璃(12)與上模固定板(19)和下壓邊筒支撐塊(26)固接，且石英玻璃(13)和玻璃(12)之間為真空密封腔。
溫度壓力調節系統(6，42)由中頻感應加熱爐(56)、溫度、壓力檢測裝置(61)、真空泵(64)、冷卻水儲水器(70)，流量閥(60、67、68)、電磁換向閥(63)和冷卻室(72)組成，中頻感應加熱爐(56)通過流量閥(60)與溫度、壓力檢測裝置(61)連通，溫度、壓力檢測裝置(61)又分為三路一路與流量閥(68)連通，流量閥(68)與排氣管69連通，一路與壓力室(66)連通，壓力室(66)與流量閥(67)連通，流量閥(67)與凈化氬氣裝置(5，41)連通，一路與進氣管(8，40)連通；中頻感應加熱爐(56)的循環出水管(71)與冷卻水儲水器(70)連通，冷卻水通過循環水泵(73)經循環水進水管(74)與中頻感應加熱爐(56)連通；中頻感應加熱爐(56)與凈化器(53)連通；真空泵(64)與電磁換向閥(63)連通，電磁換向閥(63)與抽真空管(10，39)連通；熱電耦(57)置于中頻感應加熱爐(56)中；熱電耦(62)置于溫度、壓力檢測裝置(61)中，壓力傳感器(65)置于壓力室(66)中；電磁換向閥(63)，壓力室(66)，流量閥(60、67、68)，冷卻水儲水器(70)是置于冷卻室(72)中。
光電記錄裝置由平行光源(7)、上氣壓腔(9)和數碼攝像機(24)組成，平行光源置于上氣壓腔(9)的右方或前方，數碼攝像機(24)置于上氣壓腔(9)的左方或后方。
凈化氬氣裝置由電阻爐50、螺旋冷凝管52、凈化器53、凝結水儲水器54和排水閥55組成，電阻爐50一端與電磁調壓閥4，43連通，另一端與螺旋冷凝管52連通，電阻爐50配有熱電耦49和溫控儀47，置于冷凝器室51中的螺旋冷凝管52的三個管口分別與電阻爐50、凈化器53和凝結水儲水器54的上端連通，凝結水儲水器54的下端與排水閥55連通，凈化器53的另一端與溫度、壓力調節系統6，42連通。
壓邊和模具裝設的透光成形裝置由上模固定板19，下壓邊模支撐塊25，下壓邊筒支撐塊26，玻璃12和石英玻璃13，14組成，上模固定板19上開有抽真空管道10，進氣管道8，石英玻璃14與上模固定板19和下壓邊模支撐塊25固接，石英玻璃13和玻璃12與上模固定板19和下壓邊筒支撐塊26固接，且石英玻璃13和玻璃12之間為真空密封腔。
溫度、壓力調節系統6，42由中頻感應加熱爐56、溫度、壓力檢測裝置61、真空泵64、冷卻水儲水器70，電磁換向閥63、流量閥60、67、68，冷卻室組成，中頻感應加熱爐56通過流量閥60與溫度、壓力檢測裝置61連通，溫度、壓力檢測裝置61又分為三路一路與流量閥68連通，流量閥68與排氣管69連通，一路與壓力室66連通，壓力室66又與流量閥67連通，流量閥67與凈化氬氣裝置5，41連通，一路與進氣管8，40連通；中頻感應加熱爐56的循環出水管71與冷卻水儲水器70連通，冷卻水通過循環水泵73經循環水進水管74與中頻感應加熱爐56連通；中頻感應加熱爐56與凈化器53連通；真空泵64與電磁換向閥63連通，電磁換向閥63與抽真空管10，39連通；熱電耦57置于中頻感應加熱爐56中；熱電耦62置于溫度、壓力檢測裝置61中；壓力傳感器65置于壓力室66中；電磁換向閥63，壓力室66，流量閥60、67、68，冷卻水儲水器70均置于冷卻室72中。
光電記錄裝置由平行光源7、上氣壓腔9和數碼攝像機24組成，平行光源置于上氣壓腔9的右方或前方，數碼攝像機24置于上氣壓腔9的左方或后方。
本實用新型的有益效果是1.利用普通液壓機便可用本實用新型的試驗裝置進行超塑性脹形。
2.在凈化了的氬氣的保護和施壓下，既能防止高溫氧化，又能進行脹形。
3.解決了電磁閥和壓力傳感器不能在高溫情況下工作的難題，并能按預先設定的變形路徑，精確控制壓力和溫度隨時間的變化。
4.可以記錄脹形過程中試樣形狀隨壓力、溫度和時間的變化。
5.由于對上、下氣壓腔實施了真空隔熱，故減少了熱能的損耗，改變了試驗人員的工作環境。
圖1為保護氣體超塑脹形可控溫度、壓力的光電記錄實驗裝置總圖圖2為凈化氬氣裝置圖圖3為溫度、壓力調節系統圖圖4為壓邊成形裝置結構主視圖圖5為圖4的A-A向視圖圖6為圖4的B-B向視圖圖中1.氬氣瓶 2.總閥 3.減壓閥 4.電磁調壓閥 5.凈化氬氣裝置 6.溫度、壓力調節系統 7.平行光源 8.進氣管 9.上氣壓腔 10.抽真空管 11.壓力機上滑塊 12.玻璃13.石英玻璃 14.石英玻璃 15.上水冷板 16.上真空隔熱墊板 17.硅炭棒 18.上加熱板19.上模固定板 20.上加熱板電源線 21.上加熱板電源線 22.上固定螺釘 23.熱電耦24.數碼攝像機 25.下壓邊模支撐塊 26.下壓邊筒支撐塊 27.下固定螺釘 28.試樣 29.下加熱板電源線 30.下加熱板電源線 31.硅炭棒 32.下加熱板 33.下真空隔熱墊板34.下工作臺 35.單片機 36.熱電耦 37.下氣壓腔 38.PC計算機 39.抽真空管 40.進氣管 41.凈化氬氣裝置 42.溫度、壓力調節系統 43.電磁調壓閥 44.減壓閥 45.總閥46.氬氣瓶 47.溫控儀 48.電阻絲 49.熱電耦 50.電阻爐 51.冷凝器 52.螺旋冷凝管53.凈化器 54.凝結水儲水器 55.排水閥 56.中頻感應加熱爐 57.熱電耦 58.中頻感應加熱爐電源線 59.中頻感應加熱爐電源線 60.流量閥 61.溫度、壓力檢測裝置 62.熱電耦 63.電磁換向閥 64.真空泵 65.壓力傳感器 66.壓力室 67.流量閥 68.流量閥 69.排氣管 70.冷卻水儲水器 71.循環水出水管 72.冷卻室 73.循環水泵 74.循環水進水管具體實施方式
以下結合附圖進一步說明本實用新型專利的結構及其實施方式一種保護氣體超塑性脹形可控溫度、壓力的光電記錄試驗裝置，氬氣瓶1中的氬氣通過總閥2，減壓閥3，電磁調壓閥4進入凈化氬氣裝置5，由凈化氬氣裝置5出來的氬氣又進入溫度、壓力調節系統6，由溫度、壓力調節系統6出來的氬氣通過進氣管8進入上氣壓腔9；氬氣瓶46中的氬氣通過總閥45，減壓閥44，電磁調壓閥43進入凈化氬氣裝置41，由凈化氬氣裝置41出來的氬氣又進入溫度、壓力調節系統42，由溫度、壓力調節系統42出來的氬氣進入下氣壓腔37。
凈化氬氣裝置5，41是由電阻爐50，螺旋冷凝管52，凈化器53，凝結儲水器54和排水閥55組成；電阻爐50是由電阻48加熱，電阻48的電源線是與溫控儀47相連，電阻爐50的溫度是用熱電耦49測量，并由溫控儀47控制，螺旋冷凝管52置于冷卻室51中，螺旋冷凝管52又與凝結水儲水器54連通，凝結水儲水器54的下端與排水閥55相連；由電磁調壓閥4，43進入電阻爐的氬氣加熱后又經螺旋冷凝管52分為兩路，一路是把氬氣中的水蒸氣凝結成水流入凝結水儲水器54中，另一路是經凈化器53過濾氬氣中的雜質后進入溫度、壓力調節系統6，42。
溫度、壓力調節系統6，42，是由中頻感應加熱爐56，溫度、壓力檢測裝置61，冷卻室72和真空泵64組成，中頻感應加熱爐56的溫度是由熱電耦57測量；中頻感應加熱爐56的循環水出水管71與冷卻水儲水器70連通，循環水泵73將冷卻水儲水 70的水通過循環水進水管74泵入中頻感應加熱爐56的水冷系統；溫度、壓力檢測裝置61的溫度由置于其中的熱電耦62檢測；溫度、壓力檢測裝置61與壓力室66連通，壓力室66與流量閥67連通，溫度、壓力檢測裝置61的壓力是借助置于壓力室66中的壓力傳感 65檢測；溫度、壓力檢測裝置61與流量閥68連通，流量閥68與排水管69連通；真空泵64與電磁換向閥63連通，電磁換向閥63與抽真空管39，10連通；電磁換向閥63、壓力室66、流量閥60、67、68、冷卻水儲水器70均置于冷卻室72中，冷卻室72的構造與電冰箱的冷凍室相似。
壓邊筒和壓邊模結構是由上模固定板19，下壓邊模支撐塊25，下壓邊筒支撐塊26，玻璃12和石英玻璃13，14組成，在上模固定板19上開有抽真空管10和進氣管8的管道，石英玻璃14是用高溫膠粘合在上模固定板19和下壓邊模支撐塊25四周的凹槽中；石英玻璃13是用高溫膠粘合在上模固定板19和下壓邊筒支撐塊26四周的凹槽中，玻璃12是用高溫膠粘合在上模固定板19和下壓邊筒支撐塊26四周的凹槽中，而且石英玻璃13和玻璃12之間形成密封空腔，密封空腔又被抽成真空。
上水冷板15是內部設有方格腔，并由鋼板焊成的冷卻水循環結構；上真空隔熱墊板16和下真空隔熱墊板33是內部設方格腔，并由鋼板焊成的密封結構，而且結構中的氣體被抽成真空。
上水冷板15、上真空隔熱墊板16、上加熱板18和上模固定板19是用上固定螺釘22緊固在壓力機上滑塊11上；下加熱板32和下真空隔熱墊板33是用下固定螺釘27緊固在壓力機下工作臺34上；硅炭棒17是裝在上加熱板18的圓孔中，硅炭棒31是裝在下加熱板32的圓孔中。
單片機控制系統是由單片機35，熱電耦23、36和壓力傳感器65組成，熱電耦62的溫度信息和壓力傳感器65的信息傳入單片機35，單片機35將控制信號傳入流量閥60、67、68，實現控制功能。
光電記錄裝置是由平行光源7和數碼攝像機24組成，平行光源7發出的平行光，透過玻璃12和石英玻璃13、14射入數碼攝像機24，數碼攝像機24便記錄了脹形件在脹形過程形狀隨時間的變化信息，并將其傳至PC計算機進行數據處理。
實驗前，打開真空泵64的開關和電磁換向閥63，先后把上氣壓腔9和下氣壓腔37的空氣抽凈，便可進行氣壓成形及溫度、壓力的調節過程當熱電耦62檢測溫度、壓力調節裝置61的溫度高于設定溫度時，調大流量閥67和68，使壓力室66的壓力傳感器65的壓力保持設定值；當熱電耦62檢測溫度、壓力調節裝置61的溫度低于設定溫度時，則調大流量閥60，調小流量閥67，同時調節流量閥68，使壓力室的壓力保持設定值；當壓力傳感器65檢測壓力室66的壓力高于設定壓力值時，調大流量閥68，同時調節流量閥60和67，使熱電耦62的溫度保持設定值；當壓力傳感器65檢測成形腔的壓力低于設定壓力值時，調大流量閥67和60，同時調節流量閥60和68，使熱電耦62的溫度保持設定值。
權利要求1.一種保護氣體超塑性脹形可控溫度、壓力的光電記錄試驗裝置，其特征在于它由上進氣系統、下進氣系統、壓力成形裝置、光電測量記錄裝置和單片機控制系統組成，上下進氣系統中分別裝有溫度壓力調節系統，上進氣系統和下進氣系統與壓力成形裝置連通，光電測量記錄裝置的平行光源置于壓力平行裝置的前方，數碼攝像機置于壓力成形裝置的后方，單片機的輸入端分別與溫度壓力調節系統中的熱電耦和壓力傳感器連接，單片機的輸出端分別與溫度壓力調節系統中的流量閥連通。
2.按權利要求1所述的保護氣體超塑性脹形可控溫度、壓力的光電記錄試驗裝置，其特征在于所述的上、下進氣系統分別由氬氣瓶(1，46)和與其依此連接的總閥(2，45)、減壓閥(3，44)、電磁調壓閥(4，43)、凈化氬氣裝置(5，41)、溫度壓力調節系統(6，42)和進氣管(8，40)組成，并分別與壓力成形裝置中的上氣壓腔(9)和下氣壓腔(37)連通。
3.按權利要求2所述的保護氣體超塑性脹形可控溫度、壓力的光電記錄試驗裝置，其特征在于所述的凈化氬氣裝置由電阻爐(50)、螺旋冷凝管(52)、凈化器(53)、凝結水儲水器(54)和排水閥(55)組成，電阻爐(50)一端與電磁調壓閥(4，43)連接，另一端與螺旋冷凝管(52)連通，電阻爐(50)配有熱電耦(49)和溫控儀(47)，置于冷凝器室(51)中的螺旋冷凝管(52)的三個管口分別與電阻爐(50)、凈化器(53)和凝結水儲水器(54)的上端連通，凝結水儲水器(54)的下端與排水閥(55)連通，凈化器(53)另一端與溫度、壓力調節系統(6，42)連通。
4.按權利要求1所述的保護氣體超塑性脹形可控溫度、壓力的光電記錄試驗裝置，其特征在于所述的壓力成形裝置由上模固定板(19)，下壓邊模支撐塊(25)，下壓邊筒支撐塊(26)，玻璃(12)和石英玻璃(13，14)組成，上模固定板(19)上開有抽真空管(10)和進氣管(8)的管道，石英玻璃(14)與上模固定板(19)和下壓邊模支撐塊(25)固接，石英玻璃(13)和玻璃(12)與上模固定板(19)和下壓邊筒支撐塊(26)固接，且石英玻璃(13)和玻璃(12)之間為真空密封腔。
5.按權利要求2所述的保護氣體超塑性脹形可控溫度、壓力的光電記錄試驗裝置，其特征在于所述的溫度壓力調節系統(6，42)由中頻感應加熱爐(56)、溫度、壓力檢測裝置(61)、真空泵(64)、冷卻水儲水器(70)，流量閥(60、67、68)、電磁換向閥(63)和冷卻室(72)組成，中頻感應加熱爐(56)通過流量閥(60)與溫度、壓力檢測裝置(61)連通，溫度、壓力檢測裝置(61)又分為三路一路與流量閥(68)連通，流量閥(68)與排氣管69連通，一路與壓力室(66)連通，壓力室(66)與流量閥(67)連通，流量閥(67)與凈化氬氣裝置(5，41)連通，一路與進氣管(8，40)連通；中頻感應加熱爐(56)的循環出水管(71)與冷卻水儲水器(70)連通，冷卻水通過循環水泵(73)經循環水進水管(74)與中頻感應加熱爐(56)連通；中頻感應加熱爐(56)與凈化器(53)連通；真空泵(64)與電磁換向閥(63)連通，電磁換向閥(63)與抽真空管(10，39)連通；熱電耦(57)置于中頻感應加熱爐(56)中；熱電耦(62)置于溫度、壓力檢測裝置(61)中，壓力傳感器(65)置于壓力室(66)中；電磁換向閥(63)，壓力室(66)，流量閥(60、67、68)，冷卻水儲水器(70)是置于冷卻室(72)中。
6.按權利要求1所述的保護氣體超塑性脹形可控溫度、壓力的光電記錄試驗裝置，其特征在于所述的光電記錄裝置由平行光源(7)、上氣壓腔(9)和數碼攝像機(24)組成，平行光源置于上氣壓腔(9)的右方或前方，數碼攝像機(24)置于上氣壓腔(9)的左方或后方。
專利摘要用于現代先進制造的儀器領域，目的是提供一種保護氣體超塑性脹形可控溫度、壓力的光電記錄試驗裝置。其由上進氣系統、下進氣系統、壓力成形裝置、光電記錄系統和單片機控制系統組成，其中凈化氬氣裝置與溫度、壓力調節系統相連通，電磁閥和壓力傳感器都置于冷卻室中。其有益效果是凈化了施壓的氬氣、解決了電磁閥和壓力傳感器不能在高溫情況下工作的難題，增加了隔熱能力，減少了熱能的損耗，改進了實驗人員的工作環境，而且既能按預先設定的變形路徑，精確地控制隨時間變化的壓力和溫度，又能記錄脹形過程試件隨時間變化的圖像。
文檔編號G01N25/16GK2711730SQ20042001211
公開日2005年7月20日 申請日期2004年6月22日 優先權日2004年6月22日
發明者宋玉泉, 劉術梅, 馬品奎, 管曉芳 申請人:吉林大學