用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置及其測試方法
【專利摘要】用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置及其測試方法，它涉及一種測試裝置及其測試方法。本發明目的是為解決現有方法和裝置難以測試復雜形狀構件成形過程中在非均勻速度場和壓力場作用下所受的粘性附著力的問題。介質倉內有的豎直通道，介質倉內有多條水平設置的活塞通道孔，每條活塞通道孔的兩端各有一個活塞，拉力傳感器位于上夾蓋體內并與插入縫隙相連通。測試方法是將多個活塞通過以不同速度注入粘性介質，通過壓力傳感器實時測量各個活塞注入的壓力并進行控制，從而在介質倉內形成非均勻的壓力場和速度場，使得板坯料所受的粘附力是各處非均勻的，通過拉力傳感器測試出其所受的總的粘性附著力。本發明用于測試板坯料的粘性附著力。
【專利說明】用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置及其測試方法
【技術領域】
[0001]本發明具體涉及一種用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置及其測試方法。
【背景技術】
[0002]粘性介質壓力成形(Viscous Pressure Forming, VPF)是一種板材軟模成形新工藝，采用高粘度、可流動的半固態軟模(稱為粘性介質)作為傳力介質，能夠提高成形件的形狀尺寸精度、表面質量和壁厚分布均勻性，在金屬精密塑性成形中具有良好的應用前景。例如，壁厚超薄(0.1?0.3mm)、尺寸精度較高、具有局部結構尺寸精細特征的零件，是面向新型航空、航天和動力機械中重要的功能零件。由于此類零件結構、壁厚、精度等特點，需要保證較好的壁厚均勻性和尺寸精度，成形過程材料流動、塑性變形程度和應力分布的控制問題成為其關鍵技術問題，一直是亟待解決的問題。
[0003]因此，利用粘性介質具有較好界面粘性附著應力這一特性，控制成形過程材料流動性，使其壁厚變化較小，應力分布較為合理，對于成形各種薄壁/超薄壁復雜形狀的零件是非常重要的。
[0004]粘性附著力以及加載方式(注入加載通道的直徑、數量和幾何位置)等影響加載到板坯料或筒坯表面粘性介質壓力場分布，對成形非常重要。但是由于粘性介質物性屬于半固態物質，其性能受分子量，流動速度等的影響，計算和測試都很困難，尤其是在實際零件成形過程中，受零件局部幾何構形的影響，粘性介質的速度場是非規則的，因此所受到的粘性附著力也各處也是非均勻的，用通常的理論計算或簡單的標準試驗難以測試實際成形時的粘性附著力和加載方式對粘性附著力和非均勻壓力場的影響。
[0005]現有方法和裝置只能測試平板試樣在單個線性速度梯度場和壓力梯度場作用下的單向粘著拉伸試驗，不能測試試樣在多個非均勻的速度場和壓力場作用下所受到的粘性附著力以及加載方式對粘性附著力和非均勻壓力場的影響。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置及其測試方法，以解決現有方法和裝置難以測試復雜形狀構件成形過程中在非均勻速度場和壓力場作用下所受的粘性附著力的問題。
[0007]本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是:
[0008]用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置，所述用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置包括介質倉、上夾蓋體、拉力傳感器、第一壓力傳感器、壓力控制閥、粘性介質和多個活塞，所述介質倉豎直設置，所述介質倉的上端設置有上夾蓋體，所述上夾蓋體上加工有豎直設置的插入縫隙，所述介質倉內加工有貫通的豎直通道，所述插入縫隙與豎直通道的頂部相連通，所述介質倉內從上至下還加工有多條水平設置的活塞通道孔，多條活塞通道孔均與豎直通道相連通，每條活塞通道孔的兩端各設置有一個活塞，所述拉力傳感器位于上夾蓋體內并與插入縫隙相連通，所述第一壓力傳感器位于介質倉內并與豎直通道相連通，所述豎直通道的底部設置有壓力控制閥，所述粘性介質填充在豎直通道和多條活塞通道孔中。
[0009]所述介質倉為用模具鋼加工而成的耐壓腔體，所述介質倉的內徑為Φ，所述介質倉的高度為H，所述內徑Φ的取值范圍是10mm?300mm，所述高度H的取值范圍是10mm ?500mmo
[0010]所述介質倉上同一高度上勻布加工有一組活塞通道孔，每組活塞通道孔的個數為4?16個，每個活塞通道孔1-2的孔徑為5mm?10mm。
[0011]所述豎直通道為圓筒形或方筒形。
[0012]所述用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置還包括多個第二壓力傳感器，所述介質倉內還加工有多條輔助通道，輔助通道的一端與豎直通道連通，輔助通道的另一端設置有一個第二壓力傳感器。
[0013]一種使用的粘性附著力測試裝置進行的測試方法，所述測試方法是按照以下步驟實現的:
[0014]步驟一:放置板坯料:打開介質倉上端的上夾蓋體，將板坯料的一端安裝在上夾蓋體的插入縫隙內；
[0015]步驟二:上夾蓋體和介質倉的裝配:將上夾蓋體放置在介質倉的上端，使板坯料的另一端處于介質倉的豎直通道內，最后將螺栓緊固上夾蓋體和介質倉之間；
[0016]步驟三:填充粘性介質:選取一個活塞通道孔，將粘性介質通過選取的活塞通道孔進入豎直通道內，直至豎直通道和多條活塞通道孔內均充滿粘性介質為止；
[0017]步驟四:最后裝配工作:首先將多個活塞逐一安裝到多個活塞通道孔內，每條活塞通道孔的兩端各設置有一個活塞，其次將多個第二壓力傳感器逐一安裝到多條輔助通道處，然后將壓力控制閥安裝在豎直通道的底部、將第一壓力傳感器安裝到豎直通道處并與豎直通道連通，最后將拉力傳感器安裝在上夾蓋體內并與插入縫隙連通；
[0018]步驟五:板坯料在非均勻粘性介質壓力場和速度場下的變形過程:調節一條活塞通道孔兩端處的兩條輔助通道上的溢流閥，調節介質倉內的壓力，使所述一條活塞通道孔兩端的活塞分別以1.0mm/s?lOmm/s的速度推動粘性介質，以此類推，使處于不同高度的活塞通道孔內的粘性介質以不同的速度注入到豎直通道內，使得相應的高度的板坯料處形成不同的壓力場，此時介質倉內的壓力范圍在O?400MPa，再測量坯料在不同的加載方式下發生變形時所受到的粘性附著力的作用；
[0019]步驟六:測量粘性附著力F:設定拉力傳感器測量板坯料在變形過程中所受到的粘性附著力為F，待板坯料的變形過程穩定后，即可通過上夾蓋體上的拉力傳感器測量出板坯料變形過程中所受到的粘性附著力F ;
[0020]步驟七:降壓取板坯料:將多條活塞通道孔上的各個活塞反向拉回，使得豎直通道內壓力降為OMPa，打開上夾蓋體，取出變形后板坯料；
[0021]步驟八:清理工作:清除豎直通道、多條活塞通道孔和多條輔助通道內的粘性介質。
[0022]所述粘性介質是分子量為400000g/mol?600000g/mol和粘度為1000Pa.s?96000Pa.s的高分子聚合物材料。
[0023]本發明與現有技術相比的有益效果:
[0024]1、本發明的方法和裝置可以實現粘性介質性能的多功能的測試，并且可以在一次試驗中通過豎直通道、多條活塞專用通道和多條輔助通道之間的配合設置實現不同高度、不同方向的加載方式，通過拉力傳感器、壓力傳感器和多個活塞之間的配合設置有效測試出不同材質的板坯料在復雜的非均勻粘性介質壓力場和速度場條件下所受到的的粘性附著力的大小，本發明使用方法快速便捷，為不同材質板坯料的粘性附著力的研宄工作提供準確的研宄數據，有利于不同材質板坯料的粘性附著力的研宄工作順序進行。
[0025]2、本發明為不同材質的板坯料的工藝制定和設計提供快速的實驗依據，對材料研宄和加工工藝具有指導意義。
[0026]3、本發明中粘性介質具有較好界面粘性附著應力這一特性，有利于控制成形過程板坯料的流動性，使其壁厚變化較小，應力分布較為合理，適合用于成形各種薄壁/超薄壁復雜形狀的零件。
[0027]4、本發明用于測量粘性介質壓力成形過程中復雜構形板材零件的粘性附著力，本發明中的測試裝置和使用方法用于分子量為400，000?600，000g/mo I以及粘度為10，000?96，OOOPa.s)的粘性介質在板坯料成形過程中。
[0028]5、本發明使用靈活，本發明應用范圍廣泛，可應用在板材粘性介質壓力成形過程中，成形參數的測試和確定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是本發明中粘性附著力測試裝置的主視結構剖面圖。
[0030]圖2是本發明中【具體實施方式】七中步驟四的使用狀態的剖視圖。
[0031]圖3是本發明中【具體實施方式】七中步驟五的使用狀態的剖視圖。
[0032]圖4是圖1中A處的放大圖。
[0033]圖5是介質倉I的主視結構剖面圖。
【具體實施方式】
[0034]【具體實施方式】一:結合圖1、圖2、圖3、圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式中所述用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置包括介質倉1、上夾蓋體2、拉力傳感器3、第一壓力傳感器4、壓力控制閥5、粘性介質6和多個活塞7，所述介質倉I豎直設置，所述介質倉I的上端設置有上夾蓋體2，所述上夾蓋體2上加工有豎直設置的插入縫隙2-1，所述介質倉I內加工有貫通的豎直通道1-1，所述插入縫隙2-1與豎直通道1-1的頂部相連通，所述介質倉I內從上至下還加工有多條水平設置的活塞通道孔1-2，多條活塞通道孔1-2均與豎直通道1-1相連通，每條活塞通道孔1-2的兩端各設置有一個活塞7，所述拉力傳感器3位于上夾蓋體2內并與插入縫隙2-1相連通，所述第一壓力傳感器4位于介質倉I內并與豎直通道1-1相連通，所述豎直通道1-1的底部設置有壓力控制閥5，所述粘性介質6填充在豎直通道1-1和多條活塞通道孔1-2中。
[0035]本發明還設置有密封圈10，所述介質倉I和上夾蓋體2之間的縫隙內設置有密封圈10，密封圈10的作用是用于增強介質倉I和上夾蓋體2之間密封性。
[0036]本實施方式中的粘性附著力測試裝置是用于測試不同材質的板坯料9的粘性附著力，板坯料9是長度的取值范圍為10mm?400臟，寬度的取值范圍為80mm?200臟，厚度的取值范圍為0.1mm?1.5mm的條狀板體。板還料9為金屬板材，其由镲基高溫合金、鐵基高溫合金、銷合金、鈦合金、不銹鋼、鎂合金、鎂鋰合金或Ni3Al合金制成，其中镲基高溫合金為GH3044、GH4169或GH99，鐵基高溫合金為GH161或GHl3，鋁合金為6k21、6110、6061等。
[0037]本實施方式中的拉力傳感器3的型號、第一壓力傳感器4的型號以及壓力控制閥5的型號不限，能實現其各自的功能即可。
[0038]【具體實施方式】二:結合圖1、圖2、圖3、圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式中所述介質倉I為用模具鋼加工而成的耐壓腔體，所述介質倉I的內徑為Φ，所述介質倉I的高度為H，所述內徑Φ的取值范圍是10mm?300mm，所述高度H的取值范圍是10mm?500_。本實施方式中介質倉I具體尺寸可根據具體的實驗要求和實驗條件設定。其它組成及連接關系與【具體實施方式】一相同。
[0039]【具體實施方式】三:結合圖1、圖2、圖3、圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式中所述介質倉I上同一高度上勻布加工有一組活塞通道孔，每組活塞通道孔的個數為4?16個，每個活塞通道孔1-2的孔徑為5mm?10mm。這樣設置的活塞專用通道1-2易于加工，且實驗效果易于量化，方便計算。其它組成及連接關系與【具體實施方式】一和二相同。
[0040]【具體實施方式】四:結合圖1、圖2、圖3、圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式中所述豎直通道1-1為圓筒形或方筒形。當豎直通道1-1為圓筒形時，多條活塞專用通道1-2可在不同高度下沿圓筒形豎直通道1-1的徑向方向與豎直通道1-1相連通；當豎直通道1-1為方筒形時，多條活塞專用通道1-2可在不同高度下沿方筒形豎直通道1-1的四周伸入與豎直通道1-1相連通。其它組成及連接關系與【具體實施方式】三相同。
[0041]【具體實施方式】五:結合圖1、圖2、圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式中所述用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置還包括多個第二壓力傳感器8，所述介質倉I內還加工有多條輔助通道1-3，輔助通道1-3的一端與豎直通道1-1連通，輔助通道1-3的另一端設置有一個第二壓力傳感器8。
[0042]本實施方式中輔助通道1-3和第二壓力傳感器8配合設置的作用是為了使粘性介質6的壓力由活塞7進行調節，具體調節過程為:通過第二壓力傳感器8實時監測介質倉I內各個活塞通道處的壓力，如果想讓介質倉I內某條活塞通道介質注入的壓力小一些，那么就讓該活塞反向抽回，這樣粘性介質6從介質倉內的豎直通道1-1向活塞輔助通道1-2流動，介質倉I內的壓力就降下來了。反之，若想讓介質倉I內內某條活塞通道介質注入的壓力升高，那么就讓該活塞向豎直通道推動，這樣粘性介質6從活塞輔助通道1-2向介質倉內的豎直通道1-1流動，介質倉I內的壓力就開始增大。多個第二壓力傳感器8和多條輔助通道1-3的設置便于活塞7在活塞專用通道1-2內的運動而產生不同壓力，有利于板坯料9在變形后其產生的粘性附著力的測量數據獲取的全面且準確。其它組成及連接關系與【具體實施方式】五相同。
[0043]【具體實施方式】六:結合圖1、圖2、圖3、圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式中一種使用如【具體實施方式】一中粘性附著力測試裝置進行的測試方法，所述測試方法是按照以下步驟實現的:
[0044]步驟一:放置板還料9:打開介質倉I上端的上夾蓋體2，將板還料9的一端安裝在上夾蓋體2的插入縫隙2-1內；
[0045]步驟二:上夾蓋體2和介質倉I的裝配:將密封圈10放置到介質倉I的開口處，再次將上夾蓋體2放置在介質倉I的上端，使板坯料9的另一端處于介質倉I的豎直通道1-1內，最后將螺栓緊固上夾蓋體2和介質倉I之間；
[0046]步驟三:填充粘性介質6:選取一個活塞通道孔1-2，將粘性介質6通過選取的活塞通道孔1-2進入豎直通道1-1內，直至豎直通道1-1和多條活塞通道孔1-2內均充滿粘性介質6為止；
[0047]步驟四:最后裝配工作:首先將多個活塞7逐一安裝到多個活塞通道孔1-2內，每條活塞通道孔1-2的兩端各設置有一個活塞7，其次將多個第二壓力傳感器8逐一安裝到多條輔助通道1-3處，然后將壓力控制閥5安裝在豎直通道1-1的底部、將第一壓力傳感器4安裝到豎直通道1-1處并與豎直通道1-1連通，最后將拉力傳感器3安裝在上夾蓋體2內并與插入縫隙2-1連通；
[0048]步驟五:板坯料9在非均勻粘性介質壓力場和速度場下的變形過程:調節一條活塞通道孔1-2兩端處的兩條輔助通道1-3上的溢流閥8，調節介質倉I內的壓力，使所述一條活塞通道孔1-2兩端的活塞7分別以1.0mm/s?10mm/s的速度推動粘性介質6，以此類推，使處于不同高度的活塞通道孔1-2內的粘性介質6以不同的速度注入到豎直通道1-1內，使得相應的高度的板坯料9處形成不同的壓力場，此時介質倉I內的壓力范圍在O?400MPa，再測量坯料9在不同的加載方式下發生變形時所受到的粘性附著力的作用；
[0049]本步驟中調節一條活塞通道孔1-2兩端處的兩條輔助通道1-3上的第二壓力傳感器8，調節介質倉I內的壓力，使所述一條活塞通道孔1-2兩端的活塞7分別以1.0mm/s?10mm/s的速度推動粘性介質6，以此類推，通過調節各個輔助通道1_3上的第二壓力傳感器8，使處于不同高度的活塞通道孔1-2內的粘性介質6以不同的速度注入到豎直通道1-1內，因此坯料9各處所受到的粘附力是非均勻的，此時介質倉I內的壓力范圍在O?400MPa，使得相應的高度的板坯料9在不同的加載方式下發生變形，同時在粘性介質6的粘性附著力的作用下產生一個向下的拉力；由于各處的速度場和壓力場以及粘附力是不同的，此拉力是這些不同處粘附力的總和，這個拉力可以作為反映板坯料粘性附著力大小的一個比較指標，即所受拉力越大，說明板坯料受到的粘性附著力越大。本步驟中的介質倉I內的壓力范圍為O?400MPa，根據不同實驗要求和板坯料9的材質設置其壓力值，最大壓力值為400MPa且不允許超過這個數值。
[0050]步驟六:測量粘性附著力F:設定拉力傳感器3測量板坯料9在變形過程中所受到的粘性附著力為F，待板坯料9的變形過程穩定后，即可通過上夾蓋體2上的拉力傳感器3測量出板坯料9變形過程中所受到的粘性附著力F ;本步驟中的粘性附著力F與步驟五中的向下的拉力的大小相同。
[0051]步驟七:降壓取板坯料9:將多條活塞通道孔1-2上的各個活塞7反向拉回，使得豎直通道1-1內壓力降為OMPa，打開上夾蓋體2，取出變形后板坯料9 ；
[0052]步驟八:清理工作:清除豎直通道1-1、多條活塞通道孔1-2和多條輔助通道1-3內的粘性介質6。
[0053]【具體實施方式】七:結合圖1、圖2、圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式中所述粘性介質6是分子量為400000g/mol?600000g/mol和粘度為1000Pa.s?96000Pa.s的高分子聚合物材料。其常溫下的狀態為半固態流體。其它組成及連接關系與【具體實施方式】六相同。
【權利要求】
1.一種用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置，其特征在于:所述用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置包括介質倉(I)、上夾蓋體(2)、拉力傳感器(3)、第一壓力傳感器⑷、壓力控制閥(5)、粘性介質(6)和多個活塞(7)，所述介質倉⑴豎直設置，所述介質倉(I)的上端設置有上夾蓋體(2)，所述上夾蓋體(2)上加工有豎直設置的插入縫隙(2-1)，所述介質倉(I)內加工有貫通的豎直通道(1-1)，所述插入縫隙(2-1)與豎直通道(1-1)的頂部相連通，所述介質倉(I)內從上至下還加工有多條水平設置的活塞通道孔(1-2)，多條活塞通道孔(1-2)均與豎直通道(1-1)相連通，每條活塞通道孔(1-2)的兩端各設置有一個活塞(7)，所述拉力傳感器(3)位于上夾蓋體(2)內并與插入縫隙(2-1)相連通，所述第一壓力傳感器(4)位于介質倉(I)內并與豎直通道(1-1)相連通，所述豎直通道(1-1)的底部設置有壓力控制閥(5)，所述粘性介質(6)填充在豎直通道(1-1)和多條活塞通道孔(1-2)中。
2.根據權利要求1所述一種用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置，其特征在于:所述介質倉(I)為用模具鋼加工而成的耐壓腔體，所述介質倉(I)的內徑為Φ，所述介質倉(I)的高度為H，所述內徑Φ的取值范圍是10mm?300mm，所述高度H的取值范圍是10mm ?500mmo
3.根據權利要求1或2所述用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置，其特征在于:所述介質倉(I)上同一高度上勻布加工有一組活塞通道孔，每組活塞通道孔的個數為4?16個，每個活塞通道孔(1-2)的孔徑為5mm?10mm。
4.根據權利要求3所述用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置，其特征在于:所述豎直通道(1-1)為圓筒形或方筒形。
5.根據權利要求4所述用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置，其特征在于:所述用于粘性介質壓力成形的粘性附著力測試裝置還包括多個第二壓力傳感器(8)，所述介質倉(I)內還加工有多條輔助通道(1-3)，輔助通道(1-3)的一端與豎直通道(1-1)連通，輔助通道(1-3)的另一端設置有一個第二壓力傳感器(8)。
6.一種使用如權利要求1的粘性附著力測試裝置進行的測試方法，其特征在于:所述測試方法是按照以下步驟實現的: 步驟一:放置板坯料(9):打開介質倉(I)上端的上夾蓋體(2)，將板坯料(9)的一端安裝在上夾蓋體(2)的插入縫隙(2-1)內； 步驟二:上夾蓋體(2)和介質倉(I)的裝配:將上夾蓋體(2)放置在介質倉(I)的上端，使板坯料(9)的另一端處于介質倉(I)的豎直通道(1-1)內，最后將螺栓緊固上夾蓋體(2)和介質倉⑴之間； 步驟三:填充粘性介質出):選取一個活塞通道孔(1-2)，將粘性介質(6)通過選取的活塞通道孔(1-2)進入豎直通道(1-1)內，直至豎直通道(1-1)和多條活塞通道孔(1-2)內均充滿粘性介質(6)為止； 步驟四:最后裝配工作:首先將多個活塞(7)逐一安裝到多個活塞通道孔(1-2)內，每條活塞通道孔(1-2)的兩端各設置有一個活塞(7)，其次將多個第二壓力傳感器(8)逐一安裝到多條輔助通道(1-3)處，然后將壓力控制閥(5)安裝在豎直通道(1-1)的底部、將第一壓力傳感器(4)安裝到豎直通道(1-1)處并與豎直通道(1-1)連通，最后將拉力傳感器(3)安裝在上夾蓋體(2)內并與插入縫隙(2-1)連通； 步驟五:板坯料(9)在非均勻粘性介質壓力場和速度場下的變形過程:調節一條活塞通道孔(1-2)兩端處的兩條輔助通道(1-3)上的溢流閥(8)，調節介質倉(I)內的壓力，使所述一條活塞通道孔(1-2)兩端的活塞(7)分別以1.0mm/s?lOmm/s的速度推動粘性介質(6)，以此類推，使處于不同高度的活塞通道孔(1-2)內的粘性介質￠)以不同的速度注入到豎直通道(1-1)內，使得相應的高度的板坯料(9)處形成不同的壓力場，此時介質倉(I)內的壓力范圍在O?400MPa，再測量坯料(9)在不同的加載方式下發生變形時所受到的粘性附著力的作用； 步驟六:測量粘性附著力F:設定拉力傳感器(3)測量板坯料(9)在變形過程中所受到的粘性附著力為F，待板坯料(9)的變形過程穩定后，即可通過上夾蓋體(2)上的拉力傳感器⑶測量出板坯料(9)變形過程中所受到的粘性附著力F ; 步驟七:降壓取板坯料(9):將多條活塞通道孔(1-2)上的各個活塞(7)反向拉回，使得豎直通道(1-1)內壓力降為OMPa，打開上夾蓋體(2)，取出變形后板坯料(9); 步驟八:清理工作:清除豎直通道(1-1)、多條活塞通道孔(1-2)和多條輔助通道(1-3)內的粘性介質(6) ο
7.根據權利要求6所述用于粘性介質壓力成形的測試方法，其特征在于:所述粘性介質(6)是分子量為 400000g/mol ?600000g/mol 和粘度為 1000Pa.s ?96000Pa.s 的高分子聚合物材料。
【文檔編號】G01N19/04GK104515735SQ201410853023
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月31日 優先權日:2014年12月31日
【發明者】王忠金, 宋輝 申請人:哈爾濱工業大學