專利名稱：一種測量固體界面接觸換熱系數(shù)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于塑性加工研究領(lǐng)域。主要用于測量金屬固體界面間接觸換熱系數(shù)。
背景技術(shù)：
在金屬的塑性成形中，工模具與零件之間的熱量傳遞直接影響了工模具的壽命和零件的成形精度，因此金屬界面間接觸換熱系數(shù)的測量受到了越來越多的學(xué)者和精密塑性成形企業(yè)的關(guān)注。目前，國內(nèi)外對(duì)接觸換熱系數(shù)的測量不多，有關(guān)這方面的數(shù)據(jù)相當(dāng)缺乏，有些學(xué)者對(duì)固體界面間的接觸換熱進(jìn)行了研究與測試，取得了一定的數(shù)據(jù)，但普遍的測量方法是直接將兩試樣接觸，由于接觸面溫差本來比較小，而熱電偶和采集設(shè)備都存在著一定的誤差，結(jié)果導(dǎo)致測量出來的接觸面溫差的相對(duì)誤差比較大，增加了測量的總體誤差；另外從查閱的相關(guān)文獻(xiàn)中了解到其測量的大多是在較低溫度下的接觸換熱系數(shù)，測量溫度范圍比較窄，且沒有對(duì)測量采集過來的溫度信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)直觀的描繪來分析與比較。
文獻(xiàn)出處[1].M.Rosochowska，R.Balendra，K.Chodnikiewicz，Measurements ofthermal contact conductance，Journal of Materials ProcessingTechnology 135(2003)204-210[2].M.Rosochowska，K.chodnikiewicz，R.Balendra，A new method ofmeasuring thermal contact conductance，Journal of MaterialsProcessing Technology 145(2004)207-214現(xiàn)有的測量裝置存在測量誤差比較大，測量設(shè)備測量溫度比較低，對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處理不夠直觀的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是提供一種測量精度高，測量溫度范圍寬，能實(shí)時(shí)直觀的顯示、分析采集結(jié)果的測量固體界面接觸換熱系數(shù)的裝置。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是將加熱棒12置于上下通孔的加熱爐11中，加熱棒12的凹槽的上端面與加熱爐11的上表面相平，加熱爐11上電爐絲的正負(fù)線和溫控儀表5的負(fù)載輸出端的正負(fù)線相連，加熱爐11的溫度范圍為0～1400℃。
當(dāng)壓力裝置3是杠桿結(jié)構(gòu)時(shí)，將加熱棒12、第1試樣13、第2試樣15、冷卻棒9、定心鋼球16、壓力變向節(jié)2順序連接，冷卻棒9穿過上支撐板8的直線軸承1與定心鋼球16連接，第1試樣13置于加熱棒12的凹槽上，第2試樣15置于第1試樣13上，第2試樣15的上端面置于冷卻棒9的下端面凹槽里，定心鋼球16置于冷卻棒9的上端球形凹面上，壓力變向節(jié)2下端面的球形凹槽置于定心鋼球16上，壓力變向節(jié)2與壓力裝置3連接，壓力變向節(jié)2的支點(diǎn)和砝碼17支點(diǎn)的力臂比為1∶5，將砝碼放在砝碼盤17上，壓力變向節(jié)2對(duì)試樣產(chǎn)生壓力，壓力范圍為0～100KN。
當(dāng)壓力裝置3是彈簧結(jié)構(gòu)時(shí)，將加熱棒12、第1試樣13、第2試樣15、冷卻棒9、定心鋼球16、壓力板21、壓力彈簧20、螺母19順序連接，第1試樣13置于加熱棒12的凹槽上，第2試樣15置于第1試樣13上，第2試樣15的上端面置于冷卻棒9的下端面凹槽里，定心鋼球16置于冷卻棒9的上端球形凹面上，壓力板21下端面的球形凹槽置于定心鋼球16上，壓力裝置3上端的螺母19與螺桿導(dǎo)軌22旋轉(zhuǎn)連接，螺母19與壓力彈簧20頂端連接，壓力彈簧20下端與壓力板21連接，螺母19繞螺桿導(dǎo)軌22旋轉(zhuǎn)下降使壓力彈簧20壓縮，壓力彈簧20對(duì)壓力板21產(chǎn)生壓力，壓力板21對(duì)試樣產(chǎn)生壓力，壓力范圍為0～100KN。
石棉保溫層10扣在試樣周圍，如果第1試樣13與第2試樣15的接觸面溫差小于10℃，那么需要在第1試樣13和第2試樣15的接觸面間加入它們各自材料的薄片14，如果第1試樣13和第2試樣15的材料不同，它們的薄片14的也是不同的兩種材料，薄片14的疊加是交替疊加的，如果第1試樣13和第2試樣15的材料相同，薄片14的材料也是相同的，疊加是直接累加的，薄片14的表面狀態(tài)和試樣的表面狀態(tài)相同，相同表面狀態(tài)包括相同表面粗糙度、相同中間介質(zhì)、涂有相同其它物質(zhì)等，試樣和薄片14的材料范圍可為所有的金屬固體材料，總的薄片14數(shù)量為偶數(shù)個(gè)，數(shù)量范圍為2～20個(gè)，加入薄片14的目的是為了增加第1試樣13與第2試樣15的接觸面?zhèn)€數(shù)，每個(gè)接觸面形成串聯(lián)形式，類似電阻的串聯(lián)，因?yàn)槊總€(gè)接觸面都會(huì)產(chǎn)生溫差，所以就增大了第1試樣13與第2試樣15接觸面之間的溫差，從而使熱電偶4的測量誤差相對(duì)減小，薄片14數(shù)量視接觸面的接觸溫差的大小而定，因?yàn)闊犭娕?的誤差為±1.5℃，那么熱電偶4的誤差影響就相當(dāng)大，所以我們采用增加接觸面的個(gè)數(shù)，增大接觸面溫差的方法，從而減少了熱電偶4的誤差影響，如果接觸面溫差較大，所需薄片14數(shù)可適當(dāng)減少，如果接觸面溫差較小，所需薄片14數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加。第1試樣13和第2試樣15的直徑為φ10mm～φ25mm，高度為40～100mm，薄片14的直徑為試樣的直徑，厚度為0.48mm～0.52mm，加熱棒12凹槽深2.8mm～3.2mm，冷卻棒9凹槽深2.8mm～3.2mm，8根熱電偶4在試樣上的固定方式為在每個(gè)試樣的外側(cè)圓柱面上用電火花打四個(gè)孔，孔的深度為試樣直徑的一半，孔間距都為9.5mm～10.5mm，孔的直徑為φ1.0mm～φ1.2mm，第1試樣13和第2試樣15中靠近接觸面的孔與接觸面的距離為2.9mm～3.1mm，將8根熱電偶4分別置于第1試樣13的4個(gè)孔中和第2試樣15的4個(gè)孔中進(jìn)行測溫，8根熱電偶4的直徑為φ1.0±0.003mm，加熱爐熱電偶18的測溫端直接插入加熱爐11爐膛的中間進(jìn)行測溫，將試樣上8根熱電偶4上的正負(fù)兩根線分別和八塊溫控儀表5中的輸入端的正負(fù)極相連，加熱爐熱電偶18上的正負(fù)兩根線和溫控儀表5中的輸入端的正負(fù)極相連，然后將各溫控儀表5的輸出端的正負(fù)兩根線并聯(lián)起來連接在RS232轉(zhuǎn)換器上的正負(fù)接口上，再將RS232轉(zhuǎn)換器和工控機(jī)7上的串口相連，工控機(jī)7中的接觸換熱系數(shù)測量采集系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行、顯示、計(jì)算，分析，接觸換熱系數(shù)測量采集系統(tǒng)軟件里有數(shù)據(jù)初始化、采集界面、數(shù)據(jù)計(jì)算界面、數(shù)值模擬界面和模擬作圖界面。
本實(shí)用新型的加熱爐11的溫度范圍是0～1400℃；壓力彈簧20壓力范圍是0～100KN；試樣尺寸為直徑φ10～φ25mm；高度40～100mm。
本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果是，沒有增加熱電偶4和儀表5的精度要求，因?yàn)榫仍黾右患?jí)，成本就要增加幾倍甚至幾十倍，而只是在測量方法上進(jìn)行了改進(jìn)就達(dá)到了提高測量精度的要求，所以設(shè)備的成本比較低；由于所采用的加熱設(shè)備是常用的電阻爐，所采用的壓力裝置3是杠桿結(jié)構(gòu)還有彈簧加力，所以結(jié)構(gòu)比較簡單而且在測量過程中壓力能長時(shí)間保持恒定；由于設(shè)備上有加熱爐和壓力裝置3，因此能夠測量不同溫度下、不同壓力下和不同接觸面條件下的接觸換熱系數(shù)，測量方法靈活，測量狀態(tài)多樣。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型的當(dāng)壓力裝置為杠桿結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的當(dāng)壓力裝置為彈簧結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的當(dāng)壓力裝置為杠桿結(jié)構(gòu)的爐膛和保溫層的局部剖視圖。
圖4是本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)試樣位置的局部放大圖。
圖中，1.直線軸承、2.壓力變向節(jié)、3.壓力裝置，4.熱電偶，5.溫控儀表，6.串口通信，7.工控機(jī)，8.上支撐板、9.冷卻棒，10.保溫層，11.加熱爐，12.加熱棒，13.第1試樣，14.薄片，15.第2試樣，16.定心鋼球，17.砝碼盤，18.加熱爐熱電偶，19.螺母，20.壓力彈簧，21.壓力板，22.螺桿導(dǎo)軌。
具體實(shí)施方式
第1試樣13的材料為7050擠壓鋁合金，第2試樣15的材料為5CrMnMo模具鋼，測量在接觸面壓力為1740N不變的情況下，加熱爐11溫度為300℃、400℃、500℃、600℃時(shí)的接觸換熱系數(shù)，在第1試樣13和第2試樣15的接觸面間加入與它們各自材料相同的薄片14，薄片14的疊加是交替疊加的，將試樣和薄片14表面通過砂紙打磨，噴砂處理使試樣和薄片14具有相同的表面粗糙度，薄片14數(shù)量為6片，加入薄片14的目的是為了增加第1試樣13與第2試樣15的接觸面?zhèn)€數(shù)，每個(gè)接觸面形成串聯(lián)形式，類似電阻的串聯(lián)，因?yàn)槊總€(gè)接觸面都會(huì)產(chǎn)生溫差，所以就增大了第1試樣13與第2試樣15接觸面之間的溫差，從而使熱電偶4的測量誤差相對(duì)減小，薄片14數(shù)量視接觸面的接觸溫差的大小而定，因?yàn)闊犭娕?的誤差為±1.5℃，那么熱電偶4的誤差影響就相當(dāng)大，所以我們采用增加接觸面的個(gè)數(shù)，增大接觸面溫差的方法，從而減少了熱電偶4的誤差影響，如果接觸面溫差較大，所需薄片14數(shù)可適當(dāng)減少，如果接觸面溫差較小，所需薄片14數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加，加熱棒12置于上下通孔的加熱爐11中，加熱棒12的凹槽的上端面與加熱爐11的上表面相平，加熱爐11上電爐絲的正負(fù)線和溫控儀表5的負(fù)載輸出端的正負(fù)線相連，壓力裝置3是杠桿結(jié)構(gòu)，加熱棒12、第1試樣13、薄片14、第2試樣15、冷卻棒9、定心鋼球16、壓力變向節(jié)2順序連接，冷卻棒9穿過上支撐板8的直線軸承1與定心鋼球16連接，第1試樣13置于加熱棒12的凹槽上，薄片14置于第1試樣13上，第2試樣15置于薄片14上，第2試樣15的上端面置于冷卻棒9的下端面凹槽里，定心鋼球16置于冷卻棒9的上端球形凹面上，壓力變向節(jié)2下端面的球形凹槽置于定心鋼球16上，壓力變向節(jié)2與壓力裝置3連接，壓力變向節(jié)2的支點(diǎn)和砝碼17支點(diǎn)的力臂比為1∶5，因?yàn)橐獪y量的是在接觸面壓力為1740N情況下的接觸換熱系數(shù)，所以將重348N的砝碼放在砝碼盤17上壓力變向節(jié)2對(duì)試樣產(chǎn)生壓力，然后將石棉保溫層10扣在試樣周圍，第1試樣13和第2試樣15的直徑為φ20mm，高度為50mm，薄片14的直徑為試樣的直徑，厚度為0.5mm，加熱棒12凹槽深3mm，冷卻棒9凹槽深3mm，8根熱電偶4在試樣上的固定方式為在每個(gè)試樣的外側(cè)圓柱面上用電火花打四個(gè)孔，孔的深度為試樣直徑的一半，孔間距都為10mm，孔的直徑為φ1.2mm，第1試樣13和第2試樣15中靠近接觸面的孔與接觸面的距離為3mm，將8根熱電偶4分別置于第1試樣13的四個(gè)孔中和第2試樣15的四個(gè)孔中進(jìn)行測溫，8根熱電偶4的直徑為φ1.0mm，加熱爐熱電偶18的測溫端直接插入加熱爐11爐膛的中間進(jìn)行測溫，將試樣上8根熱電偶4上的正負(fù)兩根線分別和八塊溫控儀表5中的輸入端的正負(fù)極相連，將加熱爐熱電偶18上的正負(fù)兩根線和溫控儀表5中的輸入端的正負(fù)極相連，然后將各溫控儀表5的輸出端的正負(fù)兩根線并聯(lián)起來連接在RS232轉(zhuǎn)換器上的正負(fù)接口上，再將RS232轉(zhuǎn)換器和工控機(jī)7上的串口相連。工控機(jī)7中的接觸換熱系數(shù)測量采集系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行、顯示、計(jì)算，分析，接觸換熱系數(shù)測量采集系統(tǒng)軟件里有數(shù)據(jù)初始化、采集界面、數(shù)據(jù)計(jì)算界面、數(shù)值模擬界面和模擬作圖界面。
權(quán)利要求1.一種測量固體界面接觸換熱系數(shù)裝置，其特征在于，將加熱棒(12)、第1試樣(13)、第2試樣(15)、冷卻棒(9)、定心鋼球(16)、壓力裝置(3)順序連接，加熱棒(12)置于上下通孔的加熱爐(11)中，加熱棒(12)的凹槽的上端面與加熱爐(11)的上表面相平，加熱爐(11)上電爐絲的正負(fù)線和溫控儀表(5)的負(fù)載輸出端的正負(fù)線相連，加熱爐(11)的溫度范圍為0～1400℃，冷卻棒(9)穿過與上支撐板(8)連接的直線軸承(1)，第1試樣(13)置于加熱棒(12)的凹槽上，第2試樣(15)置于第1試樣(13)上，第2試樣(15)的上端面置于冷卻棒(9)的下端面凹槽里，定心鋼球(16)置于冷卻棒(9)的上端球形凹面上，壓力變向節(jié)(2)下端面的球形凹槽置于定心鋼球(16)，第1試樣(13)和第2試樣(15)的直徑為φ10mm～φ25mm，高度為40～100mm，試樣材料范圍為所有的金屬固體材料，加熱棒(12)凹槽深2.8mm～3.2mm，冷卻棒(9)凹槽深2.8mm～3.2mm，將8根熱電偶(4)分別置于第1試樣(13)的四個(gè)孔中和第2試樣(15)的四個(gè)孔中，孔的深度為試樣直徑的一半，熱電偶(4)的直徑為φ1.0±0.003mm，第1試樣(13)和第2試樣(15)中靠近接觸面的孔與接觸面的距離為2.9mm～3.1mm，每個(gè)試樣上的孔間距都為9.5mm～10.5mm，孔的直徑為φ1.0mm～φ1.2mm，石棉保溫層(10)扣在試樣周圍，將試樣上8根熱電偶(4)上的正負(fù)兩根線分別和八塊溫控儀表(5)中的輸入端的正負(fù)極相連，將加熱爐熱電偶(18)上的正負(fù)兩根線和溫控儀表(5)中的輸入端的正負(fù)極相連，然后將各溫控儀表(5)的輸出端的正負(fù)兩根線并聯(lián)起來連接在RS232轉(zhuǎn)換器上的正負(fù)接口上，再將RS232轉(zhuǎn)換器和工控機(jī)(7)上的串口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量固體界面接觸換熱系數(shù)的裝置，其特征在于，壓力裝置(3)為杠桿結(jié)構(gòu)，其中，壓力變向節(jié)(2)下端面的球形凹槽置于定心鋼球(16)上，壓力變向節(jié)(2)的支點(diǎn)和壓力裝置(3)的砝碼盤(17)支點(diǎn)的力臂比為1∶5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量固體界面接觸換熱系數(shù)的裝置，其特征在于，壓力裝置(3)為彈簧結(jié)構(gòu)，其中，壓力裝置(3)上端的螺母(19)與螺桿導(dǎo)軌(22)旋轉(zhuǎn)連接，螺母(19)與壓力彈簧(20)頂端連接，壓力彈簧(20)下端與壓力板(21)連接，壓力板(21)下端的球形凹槽置于定心鋼球(16)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種測量固體界面接觸換熱系數(shù)裝置，其特征在于，第1試樣(13)和第2試樣(15)之間設(shè)置有薄片(14)，薄片(14)材料為所有金屬固體材料，薄片(14)疊加在第1試樣(13)的上面，第2試樣(15)置于疊加的薄片(14)上，薄片(14)的直徑為試樣的直徑，厚度為0.48-0.52mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種測量固體界面接觸換熱系數(shù)裝置，其特征在于，兩種不同材料的薄片(14)的疊加是交替疊加的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種測量固體界面接觸換熱系數(shù)裝置，其特征在于，材料相同的薄片(14)的疊加是直接累加的。
專利摘要一種測量固體界面接觸換熱系數(shù)的裝置屬于塑性加工研究領(lǐng)域。本實(shí)用新型將加熱棒12、第1試樣13、薄片14、第2試樣15、冷切棒9、定心鋼球16、壓力裝置3順序連接，在兩試樣的接觸面之間加入各自的薄片14，增加接觸面的個(gè)數(shù)，放大接觸面溫差。兩試樣上的熱電偶4與溫控儀表5的輸入端相連，將溫控儀表5的輸出端并聯(lián)起來經(jīng)RS232轉(zhuǎn)換器與工控機(jī)7的相連。加熱爐11對(duì)加熱棒12進(jìn)行加熱，在試樣周圍加石棉保溫層10進(jìn)行保溫隔熱，工控機(jī)7通過溫控儀表5采集溫度信號(hào)，進(jìn)行顯示和分析。本實(shí)用新型的效果是測量精度高，測量溫度范圍寬，能實(shí)時(shí)直觀的顯示、分析結(jié)果，適用于塑性加工研究領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01N25/18GK2932379SQ20062009188
公開日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者張立文, 裴繼斌, 朱德才, 張國梁 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)