一種金屬半固態觸變成型模擬試驗裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種金屬半固態觸變成型模擬試驗裝置與方法，屬于有色金屬加工領域。
【背景技術】
[0002]半固態觸變成形是一種先進的有色金屬加工成形方法，它具有易成形復雜件，模具壽命長，成形件性能高等優點。觸變成形的特點是當成形所用坯料加熱到半固態狀態，在不受外力時坯料能保持原來形狀并可隨意加持轉移，當受切變應力時，坯料又如同奶油一般可隨意切割。在實際應用中，半固態觸變成形的特點使其在模具結構及成形工藝上與塑性變形有很大區別。通常在確定材料塑形變形工藝時，可以采用Gleeble模擬試驗機對材料在不同變形條件下應力應變特征進行分析，并以此確定模具結構及工藝參數，但當材料處于半固態狀態后，Gleeble模擬試驗機的結構及工作方式無法反映出觸變成形的特點，因此需要設計一套專門用于測定材料觸變性的模擬試驗裝置，為后續確定觸變成形模具結構及工藝提供依據。
【發明內容】
[0003]本發明針對現有模擬試驗設備無法反映出金屬在半固態條件下變形特征的問題，提出了一種金屬半固態觸變成型模擬試驗裝置與使用方法，采用該裝置和方法，可以精確反映出金屬在半固態條件下變形溫度、變形速度、變形抗力等參數之間的關系，為后續觸變成形確定觸變成形模具結構及工藝提供依據。
[0004]為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案:
[0005]一種金屬半固態觸變成型模擬試驗裝置，該裝置包括壓力機構，下壓工具頭，切變工具頭，加熱裝置，載料臺，傳感裝置及數據采集系統等，其中所述的壓力機構分別與所述的下壓工具頭和切變工具頭相連接，所述的下壓工具頭與切變工具頭在壓力機構作用下可以分別獨立運動，所述的載料臺上放置坯料，所述的加熱裝置位于載料臺上方，可對坯料進行加熱，所述的下壓工具頭和切變工具頭位于所述的載料臺和加熱裝置的上方，所述的傳感裝置設置在所述的壓力機構和載料臺上，所述的傳感裝置與所述的數據采集系統相連接。
[0006]所述的壓力機構可采用液壓、氣壓或其它形式提供壓力，壓力大小及下壓速度在一定范圍內可調。
[0007]所述的加熱裝置為加熱線圈，可以是感應加熱或電阻加熱形式，在進行測試工作時,坯料及載料臺位于加熱線圈內部。
[0008]所述的下壓工具頭為兩個半圓柱形結構，兩個半圓柱之間有縫隙，半圓柱之間的縫隙可以調整。
[0009]所述的切變工具頭位于所述下壓工具頭兩個半圓柱形結構之間，其形狀為片狀，規格大小可依據測試要求進行選擇。
[0010]所述的傳感裝置包括溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器和速度傳感器等。所述的壓力傳感器、位移傳感器和速度傳感器等設置于壓力機構中；所述的溫度傳感器為熱電偶，設置于載料臺的中部，熱電偶的一部分露出于載料臺上部，垂直于載料臺，用于測試坯料溫度。坯料溫度以及壓力機構施加在工具頭上的壓力和下壓速度等可通過傳感器傳輸給數據采集系統，數據采集系統將以上各種傳感器采集到的信號進行實時記錄。
[0011]本發明的另一目的是提供上述金屬半固態觸變成型模擬試驗裝置的應用方法。
[0012]采用上述裝置進行金屬半固態觸變成型模擬試驗的方法，包括以下步驟:
[0013](I)將待測試坯料放置到載料臺上，并選定切變工具頭；
[0014](2)啟動加熱裝置開始對坯料加熱，同時下壓工具頭通過壓力機構以一定的壓力壓在還料上；
[0015](3)當坯料加熱到半固態狀態時，在下壓工具頭的壓力下，載料臺上的熱電偶插入到坯料內部，將坯料內部不同位置的溫度信號傳輸給數據采集系統；
[0016](4)當坯料溫度達到預定試驗值后，切變工具頭通過壓力機構以設定速度或者設定壓力下壓，直至將坯料從中間切開，下壓過程中壓力、速度、位移等信號均通過傳感裝置傳輸給數據采集系統；
[0017](5)通過變換切變溫度、切變工具頭規格、切變速度或切變壓力，重復步驟
(1)-(4)，獲得一組反映材料觸變性能的數據。
[0018]本發明采用以上所述試驗裝置及方法，可以精確反映出金屬半固態坯料變形過程中，變形溫度、變形抗力、切變速度及切變模具之間的關系，為設計半固態觸變成形工藝提供充分的理論依據。
[0019]下面通過附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明，但并不意味著對本發明保護范圍的限制。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明試驗裝置的結構示意圖。
[0021]圖2為本發明試驗裝置中下壓工具頭和切變工具頭組裝在一起時的橫截面示意圖。
[0022]主要附圖標記說明:
[0023]I壓力機構 2下壓工具頭
[0024]3切變工具頭4加熱線圈
[0025]5坯料6熱電偶
[0026]7載料臺 8傳感器
[0027]9數據采集儀
【具體實施方式】
[0028]如圖1所示，為本發明試驗裝置的結構示意圖。本發明的金屬半固態觸變成型模擬試驗裝置包括壓力機構1，與之相連接的下壓工具頭2和切變工具頭3，位于其下方的加熱線圈4及載料臺7，及熱電偶6，多種傳感器8和數據采集儀9等。載料臺7用于放置坯料5，加熱線圈4位于載料臺7上方，可對位于其中間的坯料5進行加熱，載料臺7上安裝有熱電偶6，壓力機構I內部設置有多種傳感器8，包括壓力傳感器、速度傳感器和位移傳感器等，熱電偶6和傳感器8分別通過數據線與數據采集儀9相連接。
[0029]測試時，坯料5放置在載料臺7上。壓力機構I分別與下壓工具頭2和切變工具頭3相連接，位于載料臺7和加熱線圈4的上方，下壓