溫熱環境通用板材成形性試驗機的制作方法

專利名稱：溫熱環境通用板材成形性試驗機的制作方法
技術領域：
本實用新型一種溫熱環境通用板材成形性試驗機，是指實現溫熱環境下對板料進行各種 模擬成形性能試驗的裝置屬于板材成形性試驗機。
技術背景
近年來，隨著能源和環境問題的日益嚴重，航空航天器和汽車的輕量化問題也越來越重 要，輕質合金(如鈦合金、鋁鋰合金、鎂合金等)以及超高強鋼板由于具有很高的比強度和 比剛度以及優良的使用性能，已經成為航空航天器和汽車輕量化的核心。而這些輕質合金和 超高強鋼板在常溫下很難成形， 一般都要采用溫成形或熱成形才能加工，因此板料溫熱成形 的研究和應用日益增加，溫熱環境下的板料成形性能試驗研究也迫切需要，常用的板料成形 性能試驗主要包括單向拉伸試驗和各種模擬成形性能試驗，目前國內外已有可以實現溫熱環 境下進行單向拉伸試驗的裝置，但是在溫熱環境下進行各種模擬成形性能試驗的設備還未見 報道
實用新型內容
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本實用新型的目的在于提供一種溫熱環境通用板材成形性試驗機，以克服現有設備不能 實現溫熱環境下的板料模擬成形性能試驗的不足。
本實用新型一種溫熱環境通用板材成形性試驗機，其具體包括
(1)機械系統，具體包括主機、模座和三套可單獨驅動的液壓缸，即主油缸、壓邊 缸和頂件缸。其中，主機采用三梁四柱式結構，主油缸固定于下橫梁上方，與主油缸活塞共 同組成可以實現往復運動的主活塞缸；壓邊缸固定于中橫梁的下方，與壓邊缸活塞共同組成 可以實現往復運動的壓邊活塞缸；主油缸活塞桿同時也是頂件缸，其內部裝有頂件缸活塞， 頂件安裝于頂件缸活塞上部；模座包括上模座和下模座，上模座固定于加熱爐上壁，下模座 位于加熱爐下部。
其中，所述的主油缸活塞內部從下到上依次安裝有力傳感器、主油缸活塞桿及凸模；凹 模安裝于上模座下方。
其中，所述的壓邊缸活塞從下到上依次安裝有壓邊球形托板、壓邊球形墊板、壓邊桿、 下模座及壓邊圈。
其中，所述的壓邊缸活塞為空心結構，主油缸活塞桿從中通過，二者通過滾珠導套相配 合，以減小摩擦。
(2) 液壓站，該液壓站通過液壓管和主機連接，為系統提供動力。
(3) 抽真空系統，具體包括機械真空泵和擴散泵，機械真空泵通過波紋管和擴散泵連 接，擴散泵進一步和加熱爐連接，二者均與電氣控制柜連接并通過電氣控制柜上的按鈕利用 開閉真空閥來進行操作控制。
其中，所述的機械真空泵及擴散泵構成兩級抽真空系統，其中機械真空泵對加熱爐進行 予抽真空，而擴散泵則進行高真空排氣。
(4) 加熱爐，是由鉬(Mo)絲制成分離式籠形結構，其中三分之二固定在加熱爐的腔 體內，三分之一安裝于爐門上，爐門關閉時構成一個完整的同軸筒形加熱區；加熱爐底部設 有四個通孔，供主油缸活塞桿及壓邊缸的壓邊桿貫穿。
其中，所述的加熱爐的保溫屏，由多層耐熱合金片組合而成，其中，里面為鉬板，外面 為不銹鋼板組合而成，保溫效果好，對工作區無污染，且便于清洗和安裝維護。
其中，所述的加熱爐內于不同位置處可進一歩設置有熱電偶，以采集不同部位的溫度， 以控制爐溫使之均勻。
其中，所述的加熱爐與主油缸活塞桿、壓邊桿配合部分設置有O形密封圈。
(5) 冷卻系統，包括冷卻箱、風冷循環系統和水冷循環系統；其中冷卻箱通過多股塑料 冷卻管道和加熱爐、風冷循環管道連接，通過冷卻箱里面的水泵加一定的壓力使冷水進入加 熱爐的爐殼、電極及風冷循環管道的管壁并最終回流至冷卻箱，從而構成水冷循環系統；冷 卻箱力得水靠空調室外機進行冷卻。其中，風冷循環管道與加熱爐及離心風機構成封閉的風 冷循環系統。
(6) 檢測控制系統，包括工控機、液晶顯示器、電氣控制柜、晶閘管調壓器、壓邊力傳 感器、力傳感器等組成。其中，工控機通過電纜與主機、電氣控制柜連接，對整個試驗機的 運行進行自動控制；晶閘管調壓器通過電纜和電氣控制柜、加熱爐連接，電氣控制柜通過各 種電纜和主機、晶閘管調壓器、加熱爐、機械真空泵及擴散泵連接，通過采集加熱爐內熱電 偶的溫度，然后控制晶閘管調壓器輸出的電流大小，從而控制加熱爐的溫度。壓邊力傳感器 通過高壓管與壓邊缸內液壓油相通，測量壓邊缸內部液體壓力，力傳感器安裝在主油缸活塞 下部，直接測量活塞桿上部的凸模承受的載荷大小。
本實用新型一種溫熱環境通用板材成形性試驗機，其優點及功效在于能夠方便實現溫 熱環境下金屬板料的各種成形性能試驗，為板料成形加工提供完備的試驗數據；該裝置可以 在室溫-13irC、真空度最高達10—3Pa工作壓力下完成杯突試驗、拉深試驗、擴孔試驗、錐杯 試驗、凸耳試驗、剛模脹形試驗等。


圖1是本實用新型的溫熱環境通用板材成形性試驗機結構圖, 圖中具體標號如下
I. 冷卻箱 2.液壓站 6主油缸活塞桿(頂件缸)
II. 凸模 12.上橫梁 16.上模座 17.凹模
4.主油缸活塞 8.頂件 9.壓邊桿 14.主機 19.壓邊圈
3.下橫梁 7.頂件缸活塞 13.螺母 18.加熱元件
21.壓邊球形墊板22.壓邊球形托板23.中橫梁24.壓邊缸活塞 26.壓邊缸 27.力傳感器28.主油缸 29.工控機
31電氣控制柜32晶閘管調壓器33.機械真空泵34擴散泵 36風冷循環管道
5.壓邊力傳感器 10、立柱 15.加熱爐 20.下模座 25滾珠導套 30液晶顯示器 35離心風機
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型的技術方案做進一步的說明。
如圖1所示，本實用新型一種溫熱環境通用板材成形性試驗機，其具體包括
主機14由下橫梁3、中橫梁23、上橫梁12、四個立柱10以及若干螺母13組成框架，主油缸 28安裝于下橫梁3上面，與主油缸活塞4共同組成可以實現往復運動的主活塞缸，主油缸活塞4 內部從下到上依次安裝有力傳感器27、主油缸活塞桿6、凸模ll;壓邊缸26按安裝于中橫梁23 下面，與壓邊缸活塞24共同組成可以實現往復運動的壓邊活塞缸，壓邊缸活塞24從下到上依 次安裝有壓邊球形托板22、壓邊球形墊板21、壓邊桿9、下模座20、壓邊圈19，壓邊力傳感器 5為壓力傳感器，通過高壓管與壓邊缸內部的液壓油相通，壓邊缸活塞24為空心結構，主油缸 活塞桿6從中通過，二者通過滾珠導套26相配合以減小摩擦；頂件缸6同時也是主油缸活塞桿， 其內部裝有頂件缸活塞7，頂件8安裝于頂件缸活塞7上部。
在圖1中，冷卻箱l通過多股塑料冷卻管道和加熱爐、風冷循環管道36連接，通過冷卻箱 里面的水泵加一定的壓力使冷水進入加熱爐的爐殼、電極以及風冷循環管道36的管壁并最終 循環回至冷卻箱，冷卻箱里的水靠空調室外機進行冷卻。
在圖1中，晶閘管調壓器32通過電纜和電氣控制柜31、加熱爐15連接，電氣控制柜通過采 集加熱爐內熱電偶的溫度，然后控制晶閘管調壓器輸出的電流大小，從而控制加熱爐的溫度。 為了使爐溫均勻，在加熱爐內分別設置了三個熱電偶采集不同部位的溫度，以控制爐溫使之 均勻。
在圖1中，機械真空泵33通過波紋管和擴散泵34連接，擴散泵和真空爐連接，構成兩級抽
真空系統，其中機械真空泵對爐體進行予袖真空，而擴散泵則進行高真空排氣，所有的控制 均通過電氣控制柜31上面的按鈕通過開閉真空閥來進行操作。
在圖l中，風冷循環管道36與加熱爐15、離心風機35構成封閉循環系統，當實驗結束后需 要對加熱爐冷卻時，打開充氣閥將惰性氣體充滿該循環系統，達到設定壓力時充氣閥自動關 閉，啟動離心風機35開始對風冷循環系統進行氣體強制循環，將冷卻后的氣體吹入爐內，熱 風經熱交換器冷卻后再吹入爐內，如此不斷循環使爐內快速降溫。
在圖1中，加熱爐15由鉬(Mo)絲制成分離式籠形結構。其中三分之二固定在腔內，三 分之一裝在門上，爐門關閉時兩半加熱器組成一個完整的同軸筒形加熱區，且鉬絲要容易更 換。加熱爐15的保溫屏由5層耐熱合金片組合而成，其中，里面兩層為鉬板，外面三層為不銹 鋼板組合而成，保溫效果好，對工作區無污染，且便于清洗和安裝維護。
在圖l中，液壓站2通過液壓管和主機14連接，為主機提供動力。
在圖1中，工控機29通過各種電纜和主機14、電氣控制柜31連接，對整個實驗機的運行進 行自動控制。
在圖1中，電氣控制柜31通過各種電纜和主機14、晶閘管調壓器32、加熱爐15、機械真空 泵33、擴散泵34連接，將工控機傳來的信號發送到試驗機各個部分對實驗機的運行進行自動 控制。
工作時，首先將試件放置于壓邊圈19上，然后對加熱爐15進行抽真空，當達到預定的真 空度時，開始加熱，溫度到達設定值且保溫一段時間后，壓邊圈19上行，將試件以預定的壓 力壓緊，然后凸模ll上行，使試件成形，成形后，活塞桿6帶動凸模11下行，然后壓邊缸26 帶動壓邊圈19下行，停止加熱，關閉真空泵，打開充氣閥，沖入保護氣體，開啟風冷循環系 統，對加熱爐包括模具和試件進行冷卻，當爐內溫度降到110度以下時，打開爐門，取出試件， 一次試驗結束。
由于加熱爐15既要保證一定的真空度和溫度，而且主油缸活塞桿6和壓邊桿9在實驗時要 運動，即主油缸活塞桿6和壓邊桿9貫穿加熱爐15底部，為實現加熱爐15在高溫、高真空下的 動密封，加熱爐15和主油缸活塞桿6、壓邊桿9配合的部分采用0形密封圈，同時主油缸活塞 桿6和壓邊桿9內部通以冷卻水，以保證主油缸活塞桿6和壓邊桿9進入高溫爐內時溫度不致很 高，保護O形密封圈不被高溫損壞。
權利要求1、一種溫熱環境通用板材成形性試驗機，其特征在于該試驗機具體包括(1)機械系統，具體包括主機、模座和三套可單獨驅動的液壓缸，即主油缸、壓邊缸和頂件缸；其中，主機采用三梁四柱式結構，主油缸固定于下橫梁上方，與主油缸活塞共同組成可以實現往復運動的主活塞缸；壓邊缸固定于中橫梁的下方，與壓邊缸活塞共同組成可以實現往復運動的壓邊活塞缸；主油缸活塞桿同時也是頂件缸，其內部裝有頂件缸活塞，頂件安裝于頂件缸活塞上部；模座包括上模座和下模座，上模座固定于加熱爐上壁，下模座位于加熱爐下部；(2)液壓站，該液壓站通過液壓管和主機連接；(3)抽真空系統，具體包括機械真空泵和擴散泵，機械真空泵通過波紋管和擴散泵連接，擴散泵進一步和加熱爐連接，二者均與電氣控制柜連接并通過電氣控制柜上的按鈕利用開閉真空閥來進行操作控制；(4)加熱爐，是由鉬絲制成分離式籠形結構，其中三分之二固定在加熱爐的腔體內，三分之一安裝于爐門上，爐門關閉時構成一個完整的同軸筒形加熱區；加熱爐底部設有四個通孔，供主油缸活塞桿及壓邊缸的壓邊桿貫穿；(5)冷卻系統，包括冷卻箱、風冷循環系統和水冷循環系統；其中冷卻箱通過多股塑料冷卻管道和加熱爐、風冷循環管道連接，從而構成水冷循環系統；其中，風冷循環管道與加熱爐及離心風機構成封閉的風冷循環系統；(6)檢測控制系統，包括工控機、液晶顯示器、電氣控制柜、晶閘管調壓器、壓邊力傳感器、力傳感器等組成；其中，工控機通過電纜與主機、電氣控制柜連接；晶閘管調壓器通過電纜和電氣控制柜、加熱爐連接，電氣控制柜通過各種電纜和主機、晶閘管調壓器、加熱爐、機械真空泵及擴散泵連接；壓邊力傳感器通過高壓管與壓邊缸內液壓油相通，力傳感器安裝在主油缸活塞下部。
2、 根據權利要求l所述的一種溫熱環境通用板材成形性試驗機，其特征在于所述的主油缸 活塞內部從下到上依次安裝力傳感器、主油缸活塞桿及凸模；凹模安裝于上模座下方。
3、 根據權利要求l所述的一種溫熱環境通用板材成形性試驗機，其特征在于所述的壓邊缸 活塞從下到上依次安裝壓邊球形托板、壓邊球形墊板、壓邊桿、下模座及壓邊圈。
4、 根據權利要求l所述的一種溫熱環境通用板材成形性試驗機，其特征在于所述的壓邊缸1 活塞為空心結構，主油缸活塞桿從中通過，二者通過滾珠導套相配合。
5、 根據權利要求1所述的一種溫熱環境通用板材成形性試驗機，其特征在于所述的加熱爐 的保溫屏，由多層耐熱合金片組合而成，其中，里面為鉬板，外面為不銹鋼板組合而成。
6、 根據權利要求1所述的一種溫熱環境通用板材成形性試驗機，其特征在于所述的加熱爐 內于不同位置處可進一步設置有熱電偶。
7、 根據權利要求1所述的一種溫熱環境通用板材成形性試驗機，其特征在于所述的加熱爐 與主油缸活塞桿、壓邊桿配合部分設置有O形密封圈。
專利摘要本實用新型是實現溫熱環境及真空狀態下對板料進行各種模擬成形性能試驗的裝置，由機械系統、液壓站、加熱爐、冷卻系統、抽真空系統、檢測控制系統組成。主機系統采用三梁四柱式機構，試驗時加熱爐既保證爐內為真空，同時對模具和試件加熱，凸模和壓邊桿與加熱爐底部采用動密封，以保證在動作時爐腔內的真空度不降低，冷卻系統可以保證爐殼、凸模、壓邊桿、電極等部位不隨加熱爐內溫度升高，檢測控制系統負責采集試驗各參數，同時控制試驗自動進行。該裝置可以在室溫-1311℃、真空度最高達10^-3Pa工作壓力下完成杯突試驗、拉深試驗、擴孔試驗、錐杯試驗、凸耳試驗、剛模脹形試驗等。
文檔編號G01N3/00GK201203555SQ200820108648
公開日2009年3月4日 申請日期2008年6月5日 優先權日2008年6月5日
發明者敏 萬, 吳向東, 周應科 申請人:北京航空航天大學