專利名稱：一種薄板帶退火裝置及防止薄板帶試樣變形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種板帶退火試驗裝置，特別涉及一種熱模擬試驗機薄板帶退火裝置及防止薄板帶試樣變形的方法。
背景技術(shù)：
連續(xù)退火模擬實驗機是研究冷軋產(chǎn)品的組織性能與退火工藝關(guān)系的有效工具，對于開發(fā)冷軋產(chǎn)品具有重要意義。中國專利CN200510023^6. 9公開了一種帶鋼連續(xù)退火工藝模擬裝置，可連續(xù)模擬帶鋼試樣在連續(xù)退火爐內(nèi)的加熱、均熱、緩冷、快冷、過時效的過程。然而，在加熱、均熱過程中試樣的熱膨脹及受力情況的變化會使試樣產(chǎn)生變形，該發(fā)明所提供的裝置沒有明確是否可以在退火過程中對試樣施加張力及有效防止試樣變形的措施?，F(xiàn)有的多功能退火模擬器是將試樣作為電阻直接通電加熱，退火在空氣中進(jìn)行。雖然其配置了各種冷卻模式，但在空氣中退火試樣會發(fā)生氧化。美國DSI制造的Gleeble系列熱模擬試驗機可以通過選配不同組件，完成模擬一定的工藝。其中的Gleeble-3800熱模擬試驗機的通用系統(tǒng)提供了兩套動力系統(tǒng)，即液壓系統(tǒng)和氣壓缸(空氣錘)系統(tǒng)。為模擬板帶退火試驗，該通用系統(tǒng)配備了一套板帶退火組件。 通過更換通用系統(tǒng)中的夾具組件，安裝上板帶退火的夾具裝置，并配備相應(yīng)的冷卻裝置，即組成了板帶退火系統(tǒng)。為使板帶退火試驗中的板帶處于張力作用，膨脹時不受液壓主軸的干擾，因此，在進(jìn)行模擬試驗前，要將聯(lián)軸器(連接液壓主軸部分)拆除掉，以便板帶一端的夾具僅在氣缸帶動的連接軸的作用下在軸向往復(fù)運動，達(dá)到安裝試樣以及板帶處于張力狀態(tài)的目的。試驗前，真空罐要抽真空，使真空罐內(nèi)、外產(chǎn)生氣壓差，若氣缸“tens. ”開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，隨著真空罐內(nèi)、外產(chǎn)生的氣壓差增大，此時連接軸帶動夾緊板帶試樣一端的夾具沿著軸向壓縮板帶試樣，從而造成板帶試樣的彎曲變形；若在試驗前氣缸“tens. ”開關(guān)處于打開狀態(tài)，雖然氣缸會沿著軸向產(chǎn)生拉力，抵消由于氣壓差所產(chǎn)生的作用力，但在試驗過程的冷卻段，真空又要被破壞掉。隨著冷卻的進(jìn)行，真空罐的內(nèi)、外壓力差減小，導(dǎo)致板帶試樣受氣缸的拉力與真空罐內(nèi)、外壓力差的合力增大，由于板帶試樣高溫時具有較低的強度，這樣板帶試樣會產(chǎn)生不同程度的拉伸變形，甚至被拉斷；若在此時程序設(shè)定關(guān)閉“tens. ”開關(guān)，氣缸的拉力突然消失，導(dǎo)致薄板帶試樣受力失衡，板帶試樣又會由于氣壓差的作用產(chǎn)生較嚴(yán)重的彎曲變形現(xiàn)象；氣缸的拉/壓力是在系統(tǒng)啟動程序時預(yù)先設(shè)置好的，并且在試驗的整個過程中是不可控制的。此外，由于在氣缸的拉/壓力作用下，由連接軸帶動夾頭的運動不可控，因此在安裝試樣時，需反復(fù)開、關(guān)氣缸的“tens. /comp. ”來調(diào)整兩夾頭的距離，其調(diào)整的過程費時、費力，難度較大。然而，對于薄板帶試樣尤其是厚度在1毫米以下的板帶試樣，在進(jìn)行退火工藝模擬的實際操作中，由于試樣的熱膨脹以及受力情況影響，若采用上述技術(shù)，會導(dǎo)致其出現(xiàn)較明顯的變形，使模擬試驗失真，同時給后續(xù)的力學(xué)性能測試帶來了困難，造成測試數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。因此，應(yīng)用現(xiàn)有的設(shè)備及方法，難于實現(xiàn)薄板帶在退火工藝過程中保持平直，影響了其后續(xù)性能測試的可靠性，有待于提出一種薄板帶退火裝置及防止薄板帶試樣變形的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種薄板帶退火裝置及防止薄板帶試樣變形的方法，以實現(xiàn)薄板帶退火工藝的模擬試驗。本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案1.本發(fā)明的裝置包括夾頭、試樣、冷卻裝置、真空罐、機架、連接軸、氣缸、固定螺絲、連接螺絲、法蘭和彈性體，兩夾頭分別夾緊薄板帶試樣位于真空罐內(nèi)，其中一個夾頭與連接軸相連，連接軸由氣缸通過氣壓驅(qū)動，氣缸安裝在機架上，其特征在于，法蘭和彈性體套在并固定于連接軸上，彈性體位于機架和法蘭之間。本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)有，彈性體可以為碟形彈簧或其它彈性體，將其套于連接軸上； 法蘭為整體或分體式結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所采用的彈性體可以為碟形彈簧或其它彈性體，將其套于連接軸上，調(diào)整兩夾頭之間的距離，在模擬實驗過程中，彈性體可以根據(jù)試樣所受的拉/壓力產(chǎn)生一個反作用力，從而有效地防止試樣的變形。2.氣缸壓力的設(shè)定方法針對試樣在試驗過程的分析，設(shè)定氣缸壓力。所設(shè)定的氣缸壓力值，使薄板帶試樣高溫時處于微張力狀態(tài)，不產(chǎn)生彎曲。在設(shè)備空載條件下，調(diào)解氣缸壓力，記錄使連接軸剛好運動時氣缸壓力的值，即為滑動摩擦力。1)安裝試樣時有如下關(guān)系式N = T-f = K Δ L (1)其中，T為氣缸拉/壓力，f為連接軸所受的滑動摩擦力，K為與彈性體性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)，N為彈性體的彈力2)對試樣進(jìn)行加熱前，有如下平衡關(guān)系式T+N = (P0-P1) S+f !+T1 (2)其中，PpP1分別為外界和真空罐內(nèi)的壓強，S為連接軸的橫截面積，f\為連接軸所受的靜摩擦力，T1為試樣受到的張力。3)加熱、保溫段時，試樣會產(chǎn)生熱膨脹現(xiàn)象，膨脹量設(shè)為AL1，則有如下平衡關(guān)系式T+N!+f2 = (P0-P1) S+T2 (3)其中，N1為彈簧的彈力，T2為試樣受到的張力，f2為連接軸所受的靜摩擦力4)在冷卻段，必須關(guān)閉“tens. ”開關(guān)，此時T = 0，試樣受壓應(yīng)力作用達(dá)平衡時有N2+f3+T3 = (P0-P1) S (4)其中，N2為彈簧的彈力，T3為試樣受到的張力，f3為連接軸所受的靜摩擦力5)氣缸拉/壓力設(shè)置值如下T = (P0-P1) S/2+f+K Δ ^/4 (5)
3.試樣的安裝將氣缸“comp. ”開關(guān)置為開狀態(tài)，由于氣缸的作用，法蘭壓緊彈性體，并使彈性體產(chǎn)生長為AL的變形，此時兩個夾頭之間的距離剛好適合待測薄板帶試樣的安裝。4.試驗過程控制當(dāng)啟動程序?qū)υ嚇舆M(jìn)行加熱、保溫時，試樣會產(chǎn)生熱膨脹現(xiàn)象，將氣缸“tens. ”開關(guān)置為開狀態(tài)，此時薄板帶試樣受拉力，由于室溫下薄板帶試樣具有較高強度，不會產(chǎn)生拉伸變形。抽真空使真空罐內(nèi)、外產(chǎn)生壓力差，使薄板帶試樣處于微張力狀態(tài)。在冷卻段，必須關(guān)閉“tens. ”開關(guān)，由冷卻裝置噴出冷卻氣體，此時氣缸拉力為零， 試樣有發(fā)生彎曲變形的趨勢，則需使彈性體進(jìn)一步發(fā)生壓縮變形，由于彈性體的彈力作用， 使彈性體通過法蘭帶動連接軸會對試樣產(chǎn)生拉應(yīng)力。隨彈性體的壓縮，其變形越來越困難， 且由于試樣的冷縮和真空罐內(nèi)外壓力差減小的作用，使試樣的彎曲度減小。當(dāng)真空罐內(nèi)的壓強由P1 — P0過程中，真空罐內(nèi)的壓強要不斷的增大，當(dāng)真空罐內(nèi)的壓強達(dá)到P/時，彈簧的彈力、摩擦力與真空罐內(nèi)、外壓力差的合力為零，有如下關(guān)系式N3+f4 = (P0-P1' )S (6)其中，N3為彈簧的彈力，f4為連接軸所受的靜摩擦力，P1'為真空罐內(nèi)壓強的目標(biāo)設(shè)定值，其值與彈性體的性質(zhì)以及設(shè)備的狀況有關(guān)。此時，將氣缸“comp. ”開關(guān)置為開狀態(tài)，通過氣缸的壓力作用壓縮彈性體，保證試樣不因受拉應(yīng)力而發(fā)生變形，隨彈性體彈力的增大及冷卻的進(jìn)行，試樣發(fā)生冷縮現(xiàn)象，最終試樣趨于恢復(fù)原長，試驗過程結(jié)束。本發(fā)明的有益效果是在熱模擬機的連接軸上安裝、固定一法蘭，法蘭限定住一定厚度的彈性體變形范圍，通過彈性體的彈力調(diào)節(jié)真空罐內(nèi)、外氣壓差產(chǎn)生的壓力以及氣缸的拉/壓力對薄板帶試樣的作用力，有效地防止了薄板帶試樣的變形，克服了現(xiàn)有薄板帶退火模擬試驗中，由于氣缸壓力以及真空罐壓差的變化所導(dǎo)致的試樣受拉/壓力的不可控而造成的薄板帶試樣的嚴(yán)重變形的技術(shù)缺陷。另外，調(diào)整好的氣缸壓力可以壓緊彈性體使每次試驗后的夾頭都停在一個位置， 在裝試樣時，不必往復(fù)調(diào)整夾頭位置。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為法蘭的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為彈性體的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細(xì)說明如圖1所示，本發(fā)明的裝置包括夾頭1、試樣2、冷卻裝置3、真空罐4、機架5、連接軸6、氣缸7、固定螺絲8、連接螺絲9、法蘭10和彈性體11，夾頭1夾緊薄板帶試樣2位于真空罐4內(nèi)，夾頭夾緊試樣的一端與連接軸6相連，連接軸由氣缸7通過氣壓驅(qū)動，氣缸7安裝在機架上，夾頭1沿軸向往復(fù)運動，冷卻裝置3在冷卻過程中可噴出冷卻氣體，其特點是， 法蘭10和彈性體11套在連接軸6上，由卡緊螺絲8卡緊，以限制彈性體11的變形范圍；如圖3所示，彈性體可以為碟形彈簧或其它彈性體，將其套于連接軸上，在模擬實驗過程中， 彈性體11可以根據(jù)試樣2所受的拉/壓力產(chǎn)生一個反作用力，從而有效地防止試樣2的變形；圖2所示，法蘭10可以制成整體的或分體的，當(dāng)其為分體式時，通過螺絲9套于連接軸 6上。下面通過一個具體的實施例對本發(fā)明的實施方法詳細(xì)說明本發(fā)明是按下述步驟進(jìn)行1.彈性體與法蘭的安裝本發(fā)明實施例所采用的彈性體為碟形彈簧，將其套于連接軸上，調(diào)整兩夾頭間的距離，將一長度比待測試樣長6mm的厚板帶試樣安裝于兩夾頭之間，此板帶試樣不會因受氣缸的壓力而彎曲。此時，將法蘭通過螺絲套于連接軸，并于碟形彈簧剛好接觸處由卡緊螺絲卡緊。2.氣缸壓力的設(shè)定在設(shè)備空載條件下，調(diào)解氣缸壓力，記錄使連接軸剛好運動時氣缸壓力的值，即為滑動摩擦力。本實施例摩擦力取f = 300N，對試樣在試驗過程進(jìn)行受力分析，彈簧的倔強系數(shù)若取K = 75N/mm,試樣2長度為200mm，厚度為0. 6mm,其受熱膨脹量Δ L1 = 3mm,真空罐內(nèi)壓強取P1 = 13. 3Pa，連接軸直徑D = 100mm。經(jīng)計算得氣缸拉/壓力T = 750N3.試樣的安裝將步驟1的板帶試樣取出，將氣缸控制開關(guān)“comp. ”置為開狀態(tài)，由于氣缸壓力的作用，法蘭壓緊碟形彈簧，并使彈簧壓縮6mm，此時兩個夾頭之間的距離剛好適合待測薄板帶試樣的安裝。4.試驗過程控制將氣缸控制開關(guān)“tens. ”置為開狀態(tài)，此時薄板帶試樣受拉力。由于室溫下薄板帶具有較高強度，不會產(chǎn)生拉伸變形。抽真空使真空罐內(nèi)壓強為Pdf止，此時的薄板帶試樣處于微張力狀態(tài)。由步驟1中力學(xué)平衡方程及所確定的氣缸壓/拉力，保證了試樣在加熱保溫段受微張力作用。冷卻段中關(guān)閉“tens. ”開關(guān)，此時T = 0，取彈簧的倔強系數(shù)為75N/mm，在安裝試樣時彈簧7被壓縮6mm，試樣加熱膨脹使彈簧壓縮量變?yōu)?mm，此時彈簧彈力為225N，隨著冷卻的進(jìn)行，真空罐內(nèi)、外壓力差減小且試樣有一定的收縮量，試樣受合力很快達(dá)到零。在冷卻段時，真空罐內(nèi)壓強逐漸增大；若冷卻段保持氣缸“tens. ”開關(guān)為開狀態(tài)，則試樣所受的張力不斷增大，由于薄板帶試樣高溫強度較小，從而會發(fā)生拉伸變形現(xiàn)象，這樣即改變了試樣的加工工藝，會導(dǎo)致所獲得的試驗數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。隨著冷卻進(jìn)一步進(jìn)行，真空罐內(nèi)、外壓力差進(jìn)一步減小，摩擦力反向用以平衡彈簧彈力，當(dāng)真空罐內(nèi)的壓強由Pi —P。過程中，壓強達(dá)到P/時，彈簧的彈力、摩擦力與真空罐內(nèi)、外壓力差的合力為零，此時將氣缸控制開關(guān)“comp. ”置為開狀態(tài)，P1'為真空罐內(nèi)壓強的目標(biāo)設(shè)定值，其值與彈性體的性質(zhì)以及設(shè)備的狀況有關(guān)。本實施例P/ = 0. 43X 105pa 時，彈簧的彈力、摩擦力與真空罐內(nèi)、外壓力差的合力為零，此時將氣缸控制開關(guān)“comp. ”置為開狀態(tài)，通過氣缸的壓力作用壓縮彈簧，保證試樣的收縮狀態(tài)，當(dāng)P1 = Ptl時，彈簧回復(fù)原始壓縮態(tài)，試樣恢復(fù)原長，試驗結(jié)束。
通過上述方法對不同厚度的薄板帶試樣進(jìn)行板帶退火工藝模擬實驗后，得到對應(yīng)不同板厚、不同彈簧倔強系數(shù)對應(yīng)的氣缸拉/壓力以及試樣的伸長量參數(shù)值，如表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種薄板帶退火裝置，包括夾頭(1)、連接軸(6)、冷卻裝置(3)、真空罐0)，兩夾頭 (1)分別夾緊薄板帶試樣( 位于真空罐內(nèi)，其中的一個夾頭(1) 一端與連接軸相連， 連接軸(6)由氣缸(7)的驅(qū)動，其特征在于，法蘭(10)和彈性體(11)套在連接軸(6)上， 連接軸(6)安裝在機架(5)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄板帶退火裝置，其特征在于所述的彈性體(11)為碟形彈簧或硬橡膠墊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄板帶退火裝置，其特征在于所述的法蘭(10)為整體或分體式結(jié)構(gòu)。
4.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的一種薄板帶退火裝置的防止薄板帶試樣變形的方法，其特征在于，包括以下具體步驟.1)氣缸壓力的設(shè)定方法(1)安裝試樣時有如下關(guān)系式N = T-f = K Δ L (1)其中，T為氣缸拉/壓力，f為連接軸所受的滑動摩擦力，K為與彈性體性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)，N為彈性體的彈力(2)對試樣進(jìn)行加熱前，有如下平衡關(guān)系式T+N = (P0-P1) S+fi+Ti (2)其中，PpP1分別為外界和真空罐內(nèi)的壓強，S為連接軸的橫截面積，f\為連接軸所受的靜摩擦力，T1為試樣受到的張力。(3)加熱、保溫段時，試樣會產(chǎn)生熱膨脹現(xiàn)象，膨脹量設(shè)為AL1,則有如下平衡關(guān)系式T+N^f2 = (P0-P1) S+T2 (3)其中，N1為彈簧的彈力，T2為試樣受到的張力，f2為連接軸所受的靜摩擦力(4)在冷卻段，必須關(guān)閉“tens.”開關(guān)，此時T = 0，試樣受壓應(yīng)力作用達(dá)平衡時有N2+f3+T3 = (P0-P1)S (4)其中，N2為彈簧的彈力，T3為試樣受到的張力，f3為連接軸所受的靜摩擦力，(5)氣缸拉/壓力設(shè)置值如下T = (P0-P1) S/2+f+K Δ Li/4 (5)2)試樣的安裝將氣缸“comp. ”開關(guān)置為開狀態(tài)，由于氣缸(7)的作用，法蘭(10)壓緊彈性體(11)， 并使彈性體(11)產(chǎn)生長為AL的變形，此時兩夾頭(1)間的距離剛好適合待測薄板帶試樣 O)的安裝；3)試驗過程控制當(dāng)啟動程序?qū)υ嚇舆M(jìn)行加熱、保溫時，將氣缸“tens. ”開關(guān)置為開狀態(tài)；在對試樣進(jìn)行冷卻段時，關(guān)閉“tens. ”開關(guān)；當(dāng)真空罐內(nèi)的壓強由Pi —Ptl過程中，真空罐內(nèi)的壓強要不斷的增大，當(dāng)真空罐內(nèi)的壓強達(dá)到P/時，彈簧的彈力、摩擦力與真空罐內(nèi)、外壓力差的合力為零，有如下關(guān)系式 N3+f4 = (P0-P/ )S (6)其中，N3為彈簧的彈力，f4為連接軸所受的靜摩擦力，P1'為真空罐內(nèi)壓強的目標(biāo)設(shè)定值，其值與彈性體的性質(zhì)以及設(shè)備的狀況有關(guān)。此時，將氣缸“comp. ”開關(guān)置為開狀態(tài)； 當(dāng)P1 = Ptl,彈簧回復(fù)原始壓縮態(tài)，試樣恢復(fù)原長，試驗過程結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明公開一種薄板帶退火裝置及防止薄板帶試樣變形的方法包括夾頭、試樣、冷卻裝置、真空罐、機架、連接軸、氣缸、固定螺絲、連接螺絲、法蘭和彈性體，兩夾頭分別夾緊薄板帶試樣位于真空罐內(nèi)，其中一個夾頭與連接軸相連，連接軸由氣缸通過氣壓驅(qū)動，氣缸安裝在機架上，法蘭和彈性體套在并固定于連接軸上，彈性體位于機架和法蘭之間。調(diào)整兩夾頭之間的距離，在模擬實驗過程中，彈性體可以根據(jù)試樣所受的拉/壓力產(chǎn)生一個反作用力，從而有效地防止試樣的變形，克服了現(xiàn)有薄板帶退火模擬試驗中，由于氣缸壓力以及真空罐壓差的變化所導(dǎo)致的試樣受拉/壓力的不可控而造成的薄板帶試樣的嚴(yán)重變形的技術(shù)缺陷。
文檔編號G01N33/20GK102560068SQ20101059714
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者孫樹華, 張鵬遠(yuǎn), 李桂艷, 楊靜, 蔡先越, 趙寶純, 隋曉紅, 黃磊 申請人:鞍鋼股份有限公司