專利名稱：溫?zé)岘h(huán)境通用板材成形性試驗(yàn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種溫?zé)岘h(huán)境通用板材成形性試驗(yàn)機(jī)，是指實(shí)現(xiàn)溫?zé)岘h(huán)境下對(duì)板料進(jìn)行各種模擬 成形性能試驗(yàn)的裝置屬于板材成形性試驗(yàn)機(jī)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，航空航天器和汽車的輕量化問(wèn)題也越來(lái)越重 要，輕質(zhì)合金(如鈦合金、鋁鋰合金、鎂合金等)以及超高強(qiáng)鋼板由于具有很高的比強(qiáng)度和 比剛度以及優(yōu)良的使用性能，已經(jīng)成為航空航天器和汽車輕量化的核心。而這些輕質(zhì)合金和 超高強(qiáng)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?zé)岢尚?的研究和應(yīng)用日益增加，溫?zé)岘h(huán)境下的板料成形性能試驗(yàn)研究也迫切需要，常用的板料成形 性能試驗(yàn)主要包括單向拉伸試驗(yàn)和各種模擬成形性能試驗(yàn)，目前國(guó)內(nèi)外已有可以實(shí)現(xiàn)溫?zé)岘h(huán) 境下進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)的裝置，但是在溫?zé)岘h(huán)境下進(jìn)行各種模擬成形性能試驗(yàn)的設(shè)備還未見(jiàn) 報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種溫?zé)岘h(huán)境通用板材成形性試驗(yàn)機(jī)，以克服現(xiàn)有設(shè)備不能實(shí)現(xiàn) 溫?zé)岘h(huán)境下的板料模擬成形性能試驗(yàn)的不足。
本發(fā)明一種溫?zé)岘h(huán)境通用板材成形性試驗(yàn)機(jī)，其具體包括
(1)機(jī)械系統(tǒng)，具體包括主機(jī)、模座和三套可單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的液壓缸，即主油缸、壓邊 缸和頂件缸。其中，主機(jī)采用三梁四柱式結(jié)構(gòu)，主油缸固定于下橫梁上方，與主油缸活塞共 同組成可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的壓邊活塞缸；主油缸活塞桿同時(shí)也是頂件缸，其內(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)，主油缸活塞桿從中通過(guò)，二者通過(guò)滾珠導(dǎo)套相配 合，以減小摩擦。
(2) 液壓站，該液壓站通過(guò)液壓管和主機(jī)連接，為系統(tǒng)提供動(dòng)力。
(3) 抽真空系統(tǒng)，具體包括機(jī)械真空泵和擴(kuò)散泵，機(jī)械真空泵通過(guò)波紋管和擴(kuò)散泵連 接，擴(kuò)散泵進(jìn)一步和加熱爐連接，二者均與電氣控制柜連接并通過(guò)電氣控制柜上的按鈕利用 開(kāi)閉真空閥來(lái)進(jìn)行操作控制。
其中，所述的機(jī)械真空泵及擴(kuò)散泵構(gòu)成兩級(jí)抽真空系統(tǒng)，其中機(jī)械真空泵對(duì)加熱爐進(jìn)行 予抽真空，而擴(kuò)散泵則進(jìn)行高真空排氣。
(4) 加熱爐，是由鉬(Mo)絲制成分離式籠形結(jié)構(gòu)，其中三分之二固定在加熱爐的腔 體內(nèi)，三分之一安裝于爐門(mén)上，爐門(mén)關(guān)閉時(shí)構(gòu)成一個(gè)完整的同軸筒形加熱區(qū)；加熱爐底部設(shè)
有四個(gè)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(duì)工作區(qū)無(wú)污染，且便于清洗和安裝維護(hù)。
其中，所述的加熱爐內(nèi)于不同位置處可進(jìn)一步設(shè)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(shè)置有o形密封圈。
(5) 冷卻系統(tǒng)，包括冷卻箱、風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)和水冷循環(huán)系統(tǒng)；其中冷卻箱通過(guò)多股塑料 冷卻管道和加熱爐、風(fēng)冷循環(huán)管道連接，通過(guò)冷卻箱里面的水泵加一定的壓力使冷水進(jìn)入加 熱爐的爐殼、電極及風(fēng)冷循環(huán)管道的管壁并最終回流至冷卻箱，從而構(gòu)成水冷循環(huán)系統(tǒng)；冷 卻箱力得水靠空調(diào)室外機(jī)進(jìn)行冷卻。其中，風(fēng)冷循環(huán)管道與加熱爐及離心風(fēng)機(jī)構(gòu)成封閉的風(fēng) 冷循環(huán)系統(tǒng)。
(6) 檢測(cè)控制系統(tǒng)，包括工控機(jī)、液晶顯示器、電氣控制柜、晶閘管調(diào)壓器、壓邊力傳 感器、力傳感器等組成。其中，工控機(jī)通過(guò)電纜與主機(jī)、電氣控制柜連接，對(duì)整個(gè)試驗(yàn)機(jī)的 運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)控制；晶閘管調(diào)壓器通過(guò)電纜和電氣控制柜、加熱爐連接，電氣控制柜通過(guò)各 種電纜和主機(jī)、晶閘管調(diào)壓器、加熱爐、機(jī)械真空泵及擴(kuò)散泵連接，通過(guò)采集加熱爐內(nèi)熱電 偶的溫度，然后控制晶閘管調(diào)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(guò)高壓管與壓邊缸內(nèi)液壓油相通，測(cè)量壓邊缸內(nèi)部液體壓力，力傳感器安裝在主油缸活塞 下部，直接測(cè)量活塞桿上部的凸模承受的載荷大小。
本發(fā)明一種溫?zé)岘h(huán)境通用板材成形性試驗(yàn)機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)及功效在于能夠方便實(shí)現(xiàn)溫?zé)岘h(huán) 境下金屬板料的各種成形性能試驗(yàn)，為板料成形加工提供完備的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；該裝置可以在室 溫-13irC、真空度最高達(dá)10-3尸a工作壓力下完成杯突試驗(yàn)、拉深試驗(yàn)、擴(kuò)孔試驗(yàn)、錐杯試驗(yàn)、
凸耳試驗(yàn)、剛模脹形試驗(yàn)等。


圖1是本發(fā)明的溫?zé)岘h(huán)境通用板材成形性試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)圖< 圖中具體標(biāo)號(hào)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(jī) 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(jī)
31電氣控制柜32晶閘管調(diào)壓器33.機(jī)械真空泵34擴(kuò)散泵 36風(fēng)冷循環(huán)管道
5.壓邊力傳感器 10、立柱 15.加熱爐 20.下模座 25滾珠導(dǎo)套 30液晶顯示器 35離心風(fēng)機(jī)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明一種溫?zé)岘h(huán)境通用板材成形性試驗(yàn)機(jī)，其具體包括 主機(jī)14由下橫梁3、中橫梁23、上橫梁12、四個(gè)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(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的主活塞缸，主油缸活塞4 內(nèi)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(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(guò)高壓管與壓邊缸內(nèi)部的液壓油相通，壓邊缸活塞24為空心結(jié)構(gòu)，主油缸 活塞桿6從中通過(guò)，二者通過(guò)滾珠導(dǎo)套26相配合以減小摩擦；頂件缸6同時(shí)也是主油缸活塞桿, 其內(nèi)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(guò)多股塑料冷卻管道和加熱爐、風(fēng)冷循環(huán)管道36連接，通過(guò)冷卻箱 里面的水泵加一定的壓力使冷水進(jìn)入加熱爐的爐殼、電極以及風(fēng)冷循環(huán)管道36的管壁并最終 循環(huán)回至冷卻箱，冷卻箱里的水靠空調(diào)室外機(jī)進(jìn)行冷卻。
在圖1中，晶閘管調(diào)壓器32通過(guò)電纜和電氣控制柜31、加熱爐15連接，電氣控制柜通過(guò)采 集加熱爐內(nèi)熱電偶的溫度，然后控制晶閘管調(diào)壓器輸出的電流大小，從而控制加熱爐的溫度。 為了使?fàn)t溫均勻，在加熱爐內(nèi)分別設(shè)置了三個(gè)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(jī)械真空泵33通過(guò)波紋管和擴(kuò)散泵34連接，擴(kuò)散泵和真空爐連接，構(gòu)成兩級(jí)抽真空系統(tǒng)，其中機(jī)械真空泵對(duì)爐體進(jìn)行予抽真空，而擴(kuò)散泵則進(jìn)行高真空排氣，所有的控制 均通過(guò)電氣控制柜31上面的按鈕通過(guò)開(kāi)閉真空閥來(lái)進(jìn)行操作。
在圖1中，風(fēng)冷循環(huán)管道36與加熱爐15、離心風(fēng)機(jī)35構(gòu)成封閉循環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后需 要對(duì)加熱爐冷卻時(shí)，打開(kāi)充氣閥將惰性氣體充滿該循環(huán)系統(tǒng)，達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)充氣閥自動(dòng)關(guān) 閉，啟動(dòng)離心風(fēng)機(jī)35開(kāi)始對(duì)風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行氣體強(qiáng)制循環(huán)，將冷卻后的氣體吹入爐內(nèi)，熱 風(fēng)經(jīng)熱交換器冷卻后再吹入爐內(nèi)，如此不斷循環(huán)使?fàn)t內(nèi)快速降溫。
在圖1中，加熱爐15由鉬(Mo)絲制成分離式籠形結(jié)構(gòu)。其中三分之二固定在腔內(nèi)，三 分之一裝在門(mén)上，爐門(mén)關(guān)閉時(shí)兩半加熱器組成一個(gè)完整的同軸筒形加熱區(qū)，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(duì)工作區(qū)無(wú)污染，且便于清洗和安裝維護(hù)。
在圖l中，液壓站2通過(guò)液壓管和主機(jī)14連接，為主機(jī)提供動(dòng)力。
在圖1中，工控機(jī)29通過(guò)各種電纜和主機(jī)14、電氣控制柜31連接，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行進(jìn) 行自動(dòng)控制。
在圖1中，電氣控制柜31通過(guò)各種電纜和主機(jī)14、晶閘管調(diào)壓器32、加熱爐15、機(jī)械真空 泵33、擴(kuò)散泵34連接，將工控機(jī)傳來(lái)的信號(hào)發(fā)送到試驗(yàn)機(jī)各個(gè)部分對(duì)實(shí)驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng) 控制。
工作時(shí)，首先將試件放置于壓邊圈19上，然后對(duì)加熱爐15進(jìn)行抽真空，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的真 空度時(shí)，開(kāi)始加熱，溫度到達(dá)設(shè)定值且保溫一段時(shí)間后，壓邊圈19上行，將試件以預(yù)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(dòng)凸模11下行，然后壓邊缸26 帶動(dòng)壓邊圈19下行，停止加熱，關(guān)閉真空泵，打開(kāi)充氣閥，沖入保護(hù)氣體，開(kāi)啟風(fēng)冷循環(huán)系 統(tǒng)，對(duì)加熱爐包括模具和試件進(jìn)行冷卻，當(dāng)爐內(nèi)溫度降到110度以下時(shí)，打開(kāi)爐門(mén)，取出試件， 一次試驗(yàn)結(jié)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(shí)驗(yàn)時(shí)要 運(yùn)動(dòng)，即主油缸活塞桿6和壓邊桿9貫穿加熱爐15底部，為實(shí)現(xiàn)加熱爐15在高溫、高真空下的 動(dòng)密封，加熱爐15和主油缸活塞桿6、壓邊桿9配合的部分釆用0形密封圈，同時(shí)主油缸活塞 桿6和壓邊桿9內(nèi)部通以冷卻水，以保證主油缸活塞桿6和壓邊桿9進(jìn)入高溫爐內(nèi)時(shí)溫度不致很 高，保護(hù)O形密封圈不被高溫?fù)p壞。
權(quán)利要求
1、一種溫?zé)岘h(huán)境通用板材成形性試驗(yàn)機(jī)，其特征在于該試驗(yàn)機(jī)具體包括(1)機(jī)械系統(tǒng)，具體包括主機(jī)、模座和三套可單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的液壓缸，即主油缸、壓邊缸和頂件缸；其中，主機(jī)采用三梁四柱式結(jié)構(gòu)，主油缸固定于下橫梁上方，與主油缸活塞共同組成可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的壓邊活塞缸；主油缸活塞桿同時(shí)也是頂件缸，其內(nèi)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(guò)液壓管和主機(jī)連接，為系統(tǒng)提供動(dòng)力；(3)抽真空系統(tǒng)，具體包括機(jī)械真空泵和擴(kuò)散泵，機(jī)械真空泵通過(guò)波紋管和擴(kuò)散泵連接，擴(kuò)散泵進(jìn)一步和加熱爐連接，二者均與電氣控制柜連接并通過(guò)電氣控制柜上的按鈕利用開(kāi)閉真空閥來(lái)進(jìn)行操作控制；(4)加熱爐，是由鉬絲制成分離式籠形結(jié)構(gòu)，其中三分之二固定在加熱爐的腔體內(nèi)，三分之一安裝于爐門(mén)上，爐門(mén)關(guān)閉時(shí)構(gòu)成一個(gè)完整的同軸筒形加熱區(qū)；加熱爐底部設(shè)有四個(gè)通孔，供主油缸活塞桿及壓邊缸的壓邊桿貫穿；(5)冷卻系統(tǒng)，包括冷卻箱、風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)和水冷循環(huán)系統(tǒng)；其中冷卻箱通過(guò)多股塑料冷卻管道和加熱爐、風(fēng)冷循環(huán)管道連接，通過(guò)冷卻箱里面的水泵加一定的壓力使冷水進(jìn)入加熱爐的爐殼、電極及風(fēng)冷循環(huán)管道的管壁并最終回流至冷卻箱，從而構(gòu)成水冷循環(huán)系統(tǒng)；冷卻箱力得水靠空調(diào)室外機(jī)進(jìn)行冷卻；其中，風(fēng)冷循環(huán)管道與加熱爐及離心風(fēng)機(jī)構(gòu)成封閉的風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)；(6)檢測(cè)控制系統(tǒng)，包括工控機(jī)、液晶顯示器、電氣控制柜、晶閘管調(diào)壓器、壓邊力傳感器、力傳感器等組成；其中，工控機(jī)通過(guò)電纜與主機(jī)、電氣控制柜連接，對(duì)整個(gè)試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)控制；晶閘管調(diào)壓器通過(guò)電纜和電氣控制柜、加熱爐連接，電氣控制柜通過(guò)各種電纜和主機(jī)、晶閘管調(diào)壓器、加熱爐、機(jī)械真空泵及擴(kuò)散泵連接，通過(guò)采集加熱爐內(nèi)熱電偶的溫度，然后控制晶閘管調(diào)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(guò)高壓管與壓邊缸內(nèi)液壓油相通，測(cè)量壓邊缸內(nèi)部液體壓力，力傳感器安裝在主油缸活塞下部，直接測(cè)量活塞桿上部的凸模承受的載荷大小。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種溫?zé)岘h(huán)境通用板材成形性試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的主油缸 活塞內(nèi)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(jù)權(quán)利要求l所述的一種溫?zé)岘h(huán)境通用板材成形性試驗(yàn)機(jī)，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(jù)權(quán)利要求l所述的一種溫?zé)岘h(huán)境通用板材成形性試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的壓邊缸 活塞為空心結(jié)構(gòu)，主油缸活塞桿從中通過(guò)，二者通過(guò)滾珠導(dǎo)套相配合，以減小摩擦。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫?zé)岘h(huán)境通用板材成形性試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的機(jī)械真 空泵及擴(kuò)散泵構(gòu)成兩級(jí)抽真空系統(tǒng)，其中機(jī)械真空泵對(duì)加熱爐進(jìn)行予抽真空，而擴(kuò)散泵則進(jìn) 行高真空排氣。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫?zé)岘h(huán)境通用板材成形性試驗(yàn)機(jī)，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。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫?zé)岘h(huán)境通用板材成形性試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的加熱爐 內(nèi)于不同位置處可進(jìn)一步設(shè)置有熱電偶，以采集不同部位的溫度，以控制爐溫使之均勻。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫?zé)岘h(huán)境通用板材成形性試驗(yàn)機(jī)，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(shè)置有O形密封圈。
全文摘要
本發(fā)明是實(shí)現(xiàn)溫?zé)岘h(huán)境及真空狀態(tài)下對(duì)板料進(jìn)行各種模擬成形性能試驗(yàn)的裝置，由機(jī)械系統(tǒng)、液壓站、加熱爐、冷卻系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、檢測(cè)控制系統(tǒng)組成。主機(jī)系統(tǒng)采用三梁四柱式機(jī)構(gòu)，試驗(yàn)時(shí)加熱爐既保證爐內(nèi)為真空，同時(shí)對(duì)模具和試件加熱，凸模和壓邊桿與加熱爐底部采用動(dòng)密封，以保證在動(dòng)作時(shí)爐腔內(nèi)的真空度不降低，冷卻系統(tǒng)可以保證爐殼、凸模、壓邊桿、電極等部位不隨加熱爐內(nèi)溫度升高，檢測(cè)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集試驗(yàn)各參數(shù)，同時(shí)控制試驗(yàn)自動(dòng)進(jìn)行。該裝置可以在室溫-1311℃、真空度最高達(dá)10^-3Pa工作壓力下完成杯突試驗(yàn)、拉深試驗(yàn)、擴(kuò)孔試驗(yàn)、錐杯試驗(yàn)、凸耳試驗(yàn)、剛模脹形試驗(yàn)等。
文檔編號(hào)G01N19/00GK101290280SQ20081011443
公開(kāi)日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者敏 萬(wàn), 吳向東, 周應(yīng)科 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)