專利名稱：實驗用溫熱型高速成形裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種實驗裝置，尤其是一種高速沖擊實驗用的溫熱成形裝置，具體地說是一種對鋁鎂合金等的難以成型材料進行高速沖擊實驗時使用的實驗用溫熱型高速成形裝置。
背景技術：
眾所周知，溫熱沖擊成形是難成形材料如鋁鎂合金等較為常用的一種成形方法。獲得這些材料的溫熱成形特性，需進行大量的實驗。現有溫熱成形實驗采用恒溫加熱臺(如KOOCZ加熱臺)，加熱臺由加熱管，工作臺 面，臺體，溫控器，面板等構成。恒溫加熱臺工作臺面為一方形臺。工作時將需要沖擊成型材料放在工作臺面，通過對電熱管通電的形式對需要沖擊成型材料進行加熱。加熱到所需溫度后將材料自工作臺面取下，放到沖擊成形裝置接受沖擊。工作過程中，加熱臺為敞開平放形式，轉移加熱后的材料，都會造成熱量損失，不能實現對溫度實現精確有效控制。其次操作連貫性差，溫熱沖擊成形中成型材料被加熱到400°C以上，夾取轉移高溫度成型材料的過程存在諸多不便和危險性。此外對材料高速沖擊成形完成，實驗用恒溫加熱臺沒有冷卻設備，材料在空氣中自然冷卻，耗時長，在多次重復實驗時降低效率。工業用鍛造溫熱模具設備，在功能上可解決精確控溫，操作方便的問題。如付傳鋒、胡亞民、盛偉的論文鎂合金等溫鍛造模膛的加熱特性(第三屆國際塑性加工先進技術研討會論文集，2007)。所述由16部分構成的鎂合金等溫鍛造模具。工作時，下模板固定安裝。用凹模套外壁電阻絲陶瓷加熱圈對模具模膛里的的鎂合金坯料直接加熱，用加熱圈外圍的石棉板進行隔熱。在凹模靠近型腔處用熱電偶測量模膛溫度。加熱到預定溫度對鎂合金坯料進行等溫鍛造。但是熱鍛制造機械沖頭速度不會超過lOm/s，因此其下模板為固定安裝，不用考慮沖擊對模具裝置的破壞，沒有緩沖裝置。但在實驗室高速沖擊條件下，沖頭速度可達到100m/s以上，在高速沖擊下，以防止高速沖頭破壞模具，溫熱成形裝置必須與相應的緩沖裝置相連。其次工用熱鍛模具尺寸大和結構復雜不適用于實驗室有限的工作空間。論文中的裝置沒有冷卻設備，不能對熱沖材料快速冷卻。
發明內容
本發明的目的是針對加熱難成型材料時存在的只能大致加熱，不能精確控制溫度，尤其是不能同時實現對難成型材料進行精確加熱和快速冷卻等問題，設計一種實驗用溫熱型高速成形裝置，以便既能對難成型材料在模具腔精確加熱又能使材料在裝置內部接受高速沖擊的復合加工過程，并利用冷卻裝置對沖擊成形完畢的材料降溫，同時避免了工業用熱鍛模具應用到實驗過程中存在的裝置尺寸和緩沖的限制。本發明的技術方案是
一種實驗用溫熱型高速成形裝置，它包括溫熱成形裝置I和緩沖控溫裝置17，二者通過透射桿11連接成一個整體，其特征是所述的溫熱成形裝置I包括凸模2、外殼3、絕緣隔熱罩4、陶瓷絕緣罩5、壓邊圈6、模套7、加熱線圈8、冷卻水管9、固定法蘭10、凹模12、隔熱墊13、外應力圈14、緊固環15和緊固螺套16，凸模2安裝在外殼3的導向孔里，加熱線圈8安裝在陶瓷絕緣罩5的外表面的線槽內，冷卻水管9位于模套7外表面的凹槽里；壓邊圈6旋裝在模套7右端的階梯孔里，外殼3、絕緣隔熱罩4、陶瓷絕緣罩5、模套7四者為由外到內、層層嵌套、過渡配合的安裝關系；凹模12安裝在模套7的模腔里；緊固螺圈16、緊固環15、外應力圈14、透射桿11的右端和隔熱墊13自左向右依次安裝在模套7的模腔里，隔熱墊13頂住凹模12的左端面，緊固螺圈16與模套7螺紋相連并頂住緊固環15的端面，緊固環15的外錐面與外應力圈14的內錐面配合從而使外應力圈14的端面與透射桿11右端的臺階面相抵，從而使透射桿11的右端與凹模12的底部相抵，隔熱墊13墊裝在透射桿11與凹模12之間；固定法蘭10通過螺釘與外殼5安裝在一起，固定法蘭10的臺階端插入外殼5中與模套7的臺階面相抵，從而將模套7定位在外殼5中。 所述的透射桿11為圓柱桿，它與凹模12相抵的一端上安裝有溫度傳感器，它的另一端安裝在緩沖控溫裝置17，緩沖控溫裝置17接受透射桿11 一端的溫度傳感器溫度信號，通過控制加熱線圈8接通電流的時間和控制冷卻水管9冷卻水的通斷，精確控制溫熱成形過程中的成型材料的溫度。所述的陶瓷絕緣罩5為中空罩，陶瓷絕緣罩5端面加工有供凸模2穿過的通孔。陶瓷絕緣罩5的外表面加工有環繞軸線一周連貫成一體的用于纏繞加熱線圈8的凹槽。所述的模套7為中空結構，內腔加工成階梯孔，兩端的階梯孔開口加工有內螺紋；模套7外壁上加工有環繞一周的連成一體的用于纏繞冷卻水管9的凹槽。所述的模套7內腔的階梯孔直徑分別為Φ 60mm、· 50mm、Φ 45mm,直徑為Φ 60mm和Φ 50mm的階梯孔開口端加工有內螺紋。本發明的有益效果
I.本發明提供的實驗用溫熱型高速成形裝置，可以實現首先對難成型材料的加熱，到達一定溫度后使材料在裝置內部接受沖擊的過程。通過將加熱和沖擊結合在一起。解決了實驗用恒溫加熱臺只能對成型材料加熱的問題。避免恒溫加熱臺加熱后將高溫材料轉移到模具進行沖擊復雜的操作，當需進行大量沖擊成形的實驗時，本發明可將實驗效率提高一倍。2.本發明增加冷卻降溫裝置，為成形后的材料冷卻降溫，進一步提高實驗的效率。在同時考慮對高速沖頭沖擊的緩沖。克服工業用熱鍛模具由于鍛造速度不高而忽略緩沖的不足。3.本發明質量輕，結構簡單，安裝方便，可以最大限度的減少成本，增加安全性。4.本發明克服了實驗室單一加熱設備沒有冷卻裝置的缺點，在大量實驗時，可以快速加熱快速冷卻，提高實驗效率。同時裝置適應高速沖擊實驗要求，結構緊湊，存取安裝方便。
圖I本發明的成套裝置組成結構圖。圖2本發明的溫熱成形裝置的外形結構示意圖。
圖3是圖2的剖視圖。圖4是本發明的陶瓷絕緣罩和加熱線圈的組件圖。圖5是圖4的右視圖。圖6是本發明的模套和冷卻水管的組件圖。圖中1.溫熱成形裝置；2.凸模；3.外殼；4.絕緣隔熱罩；5.陶瓷絕緣罩；6壓邊圈；7.模套；8.加熱線圈；9.冷卻水管；10.固定法蘭；11.透射桿；12.凹模；13.隔熱墊；14.外應力圈；15.緊固環；16.緊固螺栓；17.緩沖控溫裝置。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
如圖1-6所示。一種實驗用溫熱型高速成形裝置，它包括溫熱成形裝置I和緩沖控溫裝置17，二者通過透射桿11連接成一個整體，如圖I所示。所述的溫熱成形裝置I的外形如圖2所示，其內部結構如圖3所示，它包括凸模2、外殼3、絕緣隔熱罩4、陶瓷絕緣罩5、壓邊圈6、模套
7、加熱線圈8、冷卻水管9、固定法蘭10、凹模12、隔熱墊13、外應力圈14、緊固環15和緊固螺套16，凸模2安裝在外殼3的導向孔里，加熱線圈8安裝在陶瓷絕緣罩5的外表面的線槽內，冷卻水管9位于模套7外表面的凹槽里；壓邊圈6旋裝在模套7右端的階梯孔里，外殼
3、絕緣隔熱罩4、陶瓷絕緣罩5、模套7四者為由外到內、層層嵌套、過渡配合的安裝關系；凹模12安裝在模套7的模腔里；緊固螺圈16、緊固環15、外應力圈14、透射桿11的右端和隔熱墊13自左向右依次安裝在模套7的模腔里，隔熱墊13頂住凹模12的左端面，緊固螺圈16與模套7螺紋相連并頂住緊固環15的端面，緊固環15的外錐面與外應力圈14的內錐面配合從而使外應力圈14的端面與透射桿11右端的臺階面相抵，從而使透射桿11的右端與凹模12的底部相抵，隔熱墊13墊裝在透射桿11與凹模12之間；固定法蘭10通過螺釘與外殼5安裝在一起，固定法蘭10的臺階端插入外殼5中與模套7的臺階面相抵，從而將模套7定位在外殼5中。圖3中外殼3包裹在最外側，凸模2安裝在外殼3右端的Φ 40mm導向孔里。加熱線圈8纏繞在陶瓷絕緣罩5的外表面加工的線槽內(如圖4、5所示)。冷卻水管9纏繞在模套7外表面加工的凹槽里(如圖6所示)。壓邊圈6安裝在模套7的右端直徑Φ 60mm成形材料放置孔里，壓邊圈6和模套7形成螺紋副，二者中心軸同軸。外殼3、絕緣隔熱罩4、陶瓷絕緣罩5、模套7四者為由外到內、層層嵌套，過渡配合的安裝關系。凹模12安裝在模套7中間Φ 50mm的模腔里，凹模12開口深入模套7的Φ 45mm止口，二者為過渡配合。緊固螺圈16，緊固環15，外應力圈14，透射桿11的右端，隔熱墊13自左向右依次安裝在模套7的模腔里，隔熱墊13頂住凹模12的左端面，緊固螺圈16與模套7形成螺紋副。固定法蘭10通過螺釘與外殼5安裝在一起。透射桿11為圓柱桿，右端裝有溫度傳感器，左端安裝在緩沖控溫裝置17中，起到連接熱成形裝置I和緩沖控溫裝置17的作用。陶瓷絕緣罩5為中空罩，陶瓷絕緣罩5端面加工有供凸模2穿過的通孔。陶瓷絕緣罩5的外表面(端面和側面)加工有環繞軸線一周連貫成一體的凹槽，以便纏繞加熱線圈8 (如圖4、5所示)。模套7為中空結構，內腔加工成直徑Φ 60mm、Φ 50mm Φ 45mm階梯孔，直徑Φ60mm,Φ 50mm的階梯孔開口端加工內螺紋。模套7外壁上加工有環繞模套7—周的連成一體的凹槽，以便纏繞冷卻水管9 (如圖6所示)。緩沖控溫裝置17接受透射桿11右端的溫度傳感器溫度信號，通過控制對加熱線圈8接通電流的時間，控制冷卻水管9冷卻水的通斷，精確控制溫熱成形過程中的成型材料的加熱溫度。本發明的安裝過程為
本發明按照各組件的功能進行安裝。首先，將固定法蘭10，緊固螺圈16，緊固環15，外應力圈14，自左向右依次套在透射桿11的左端。將透射桿11右端與緩沖控溫裝置17組裝在一起。
而后將凸模2安裝在外壁纏繞有冷卻水管9的模套7的模腔里，二者為過渡配合。凹模12的左側為隔熱墊13，透射桿11頂在隔熱墊13左側，緊固螺圈16與模套7形成螺紋畐O。旋緊緊固螺圈16施加力經過緊固環15、外應力圈14傳遞給到透射桿11，使得透射桿11頂緊隔熱墊13和凹模12。將模套7及其內部的組件通過透射桿11與緩沖控溫裝置17組裝在一起。第三，將待成形工件放于壓邊圈6和模套7之間，并通過旋緊壓邊圈6對工件預緊。第四，將纏繞有加熱線圈8的陶瓷絕緣罩5，絕緣隔熱罩4，外殼3自內向外依次嵌套，陶瓷絕緣罩5套在模套7上，嵌套接觸面為過渡配合。用螺釘固定法蘭10與外殼5安裝在一起。凸模2安裝在外殼3右端導向孔里。實施例
在實驗中，用溫熱型高速成形裝置對厚度1_直徑為60_的鋁鎂合金薄板進行沖擊成形，成型溫度500°C。試驗時將上述鎂鋁合金薄板放在壓邊圈6和模套7之間，并通過旋緊壓邊圈6對工件預緊，在加熱溫度為500°C，保溫30分鐘，沖頭速度200m/s下進行沖擊成形實驗。實驗后使用超高分辨率Axio CSM 700真彩色共聚焦顯微鏡對成形工件樣品的三維形貌、成形深度、成形質量進行檢測。結果表明，成形件的成形深度、成形表面完整性和成形質量大大提高，成形開裂缺陷明顯減少。此外實驗完畢通過透射桿上應力應變傳感器的信號顯示，裝置受所應力小于許用應力，緩沖裝置保護陶瓷絕緣罩在高速撞擊下沒有破碎。應用水冷進行降溫，減小兩次實驗的時間間隔，提聞了效率。本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
權利要求
1.一種實驗用溫熱型高速成形裝置，它包括溫熱成形裝置(I)和緩沖控溫裝置(17)，二者通過透射桿(11)連接成一個整體，其特征是所述的溫熱成形裝置(I)包括凸模(2)、外殼(3)、絕緣隔熱罩(4)、陶瓷絕緣罩(5)、壓邊圈(6)、模套(7)、加熱線圈(8)、冷卻水管(9)、固定法蘭(10)、凹模(12)、隔熱墊(13)、外應力圈(14)、緊固環(15)和緊固螺套(16)，凸模(2)安裝在外殼(3)的導向孔里，加熱線圈(8)安裝在陶瓷絕緣罩(5)的外表面的線槽內，冷卻水管(9)位于模套(7)外表面的凹槽里；壓邊圈(6)旋裝在模套(7)右端的階梯孔里，外殼(3)、絕緣隔熱罩(4)、陶瓷絕緣罩(5)、模套(7)四者為由外到內、層層嵌套、過渡配合的安裝關系；凹模(12)安裝在模套(7)的模腔里；緊固螺圈(16)、緊固環(15)、外應力圈(14)、透射桿(11)的右端和隔熱墊(13)自左向右依次安裝在模套(7)的模腔里，隔熱墊(13)頂住凹模(12)的左端面，緊固螺圈(16)與模套(7)螺紋相連并頂住緊固環(15)的端面，緊固環(15)的外錐面與外應力圈(14)的內錐面配合從而使外應力圈(14)的端面與透射桿(11)右端的臺階面相抵，從而使透射桿(11)的右端與凹模(12)的底部相抵，隔熱墊(13)墊裝在透射桿(11)與凹模(12)之間；固定法蘭(10)通過螺釘與外殼(5)安裝在一起，固定法蘭(10)的臺階端插入外殼(5)中與模套(7)的臺階面相抵，從而將模套(7)定位在外殼(5)中。
2.根據權利要求I所述的實驗用溫熱型高速成形裝置，其特征是所述的透射桿(11)為圓柱桿，它與凹模(12)相抵的一端上安裝有溫度傳感器，它的另一端安裝在緩沖控溫裝置(17)，緩沖控溫裝置(17)接受透射桿(11) 一端的溫度傳感器溫度信號，通過控制加熱線圈(8)接通電流的時間和控制冷卻水管(9)冷卻水的通斷，精確控制溫熱成形過程中的成型材料的溫度。
3.根據權利要求I所述的實驗用溫熱型高速成形裝置，其特征是所述的陶瓷絕緣罩(5)為中空罩，陶瓷絕緣罩(5)端面加工有供凸模(2)穿過的通孔；陶瓷絕緣罩(5)的外表面加工有環繞軸線一周連貫成一體的用于纏繞加熱線圈(8)的凹槽。
4.根據權利要求I所述的實驗用溫熱型高速成形裝置，其特征是所述的模套(7)為中空結構，內腔加工成階梯孔，兩端的階梯孔開口加工有內螺紋；模套(7)外壁上加工有環繞一周的連成一體的用于纏繞冷卻水管(9)的凹槽。
5.根據權利要求I所述的實驗用溫熱型高速成形裝置，其特征是所述的模套(7)內腔的階梯孔直徑分別為⑩bOmm、· 50mm>Φ 45mm,直徑為Φ bOmm和Φ 50mm的階梯孔開口端加工有內螺紋。
全文摘要
一種實驗用溫熱型高速成形裝置，它包括溫熱成形裝置(1)和緩沖控溫裝置(17)，二者通過透射桿(11)連接成一個整體，其特征是所述的溫熱成形裝置(1)包括凸模(2)、外殼(3)、絕緣隔熱罩(4)、陶瓷絕緣罩(5)、壓邊圈(6)、模套(7)、加熱線圈(8)、冷卻水管(9)、固定法蘭(10)、凹模(12)、隔熱墊(13)、外應力圈(14)、緊固環(15)和緊固螺套(16)。本發明克服了實驗室單一加熱設備不能精確控制加熱溫度和沒有冷卻裝置的缺點，在大量實驗時，可以快速準確加熱和快速冷卻，提高實驗效率。
文檔編號G01N1/28GK102829999SQ20121027427
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月3日 優先權日2012年8月3日
發明者劉會霞, 郭朝, 沈宗寶, 張虎, 李品, 胡楊, 杜道忠, 高陽陽, 劉輝, 王霄 申請人:江蘇大學