專利名稱：擠壓模具溫度場的測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種金屬擠壓處理技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種擠壓模具溫度場的測試裝置。
背景技術(shù)：
在金屬擠壓過程中，模具溫度是一非常重要的工藝參數(shù)，特別是在溫、熱擠壓中。 模具溫度過高，易引起模具硬度下降、磨損加劇，縮短模具壽命；擠壓過程中模具溫差過大， 易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，增加模具熱疲勞失效的概率。此外，模具的受熱變形直接影響擠壓件精度，隨著對擠壓件精密化的要求，由溫度變化引起的模具熱變形是必須考慮的。因此，準(zhǔn)確測量擠壓模具溫度場設(shè)有重要意義，通過溫度場的監(jiān)測一方面可以為模具溫度控制提供參考，另一方面為模具受熱變形及熱應(yīng)力計算提供實用數(shù)據(jù)。目前，在金屬擠壓過程中的溫度測試方面，實際中常用手持式紅外測溫儀檢查坯料加熱溫度，關(guān)于模具溫度還沒有現(xiàn)成的測試裝置；紅外熱像儀，是把紅外輻射分布通過光學(xué)-機械掃描方式的光電探測器二維紅外成像裝置，轉(zhuǎn)換成可見光圖像。紅外熱像儀可以顯示物體表面溫度場，只能測到可見模具表面的溫度場，在擠壓過程中模具不停地循環(huán)開合，模具溫度采集非常困難。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN101487740，
公開日2009_07_22， 記載了一種“三CXD溫度場測量裝置及方法”，該技術(shù)包括光學(xué)鏡頭，用于光學(xué)成像，將待測物體的輻射聚焦在分光棱鏡組的入射面上；分光棱鏡組，將投射的輻射等分為三束不同方向的波段輻射，分別從三個出射面出射；三個CCD面陣傳感器，分別設(shè)置于分光棱鏡組的三個出射面處，對三路經(jīng)過不同光譜透過率分布的濾光片的出射輻射進(jìn)行成像，獲得三路光譜非相關(guān)的CCD圖像；數(shù)據(jù)采集分析單元，對三路CCD圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并利用多光譜測溫法進(jìn)行溫度場計算。中國專利文獻(xiàn)號CN101144742，
公開日2008_03_19，記載了一種“金屬粉末激光成形過程中溫度場檢測方法及其系統(tǒng)裝置”，該技術(shù)采用雙波長紅外圖像比色測溫方法，通過將兩種波長的濾光片分時交替位于采集光路中，有步驟的連續(xù)采集來自于兩種波長的熔池的圖像，再對來自不同波長的兩幅紅外圖像進(jìn)行灰度比色計算，根據(jù)比色值與溫度值的關(guān)系，求得圖像上各點的溫度值，用灰度值代表溫度值形成灰度圖像，再對所形成的灰度圖像進(jìn)行圖像處理，進(jìn)而求其形狀和溫度場變化趨勢。上述方法主要依靠CCD探頭采集信息并轉(zhuǎn)化成溫度場信息，與紅外測溫法相似， 只能采集到可見表面的溫度，難以用于模具溫度場的測試。進(jìn)一步檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN2583649，
公開日2003_10_29，記載了一種 “復(fù)合材料成型過程中的溫度場測試裝置”，該技術(shù)是由BH315-T01溫度場采集系統(tǒng)和溫度-時間-位置三維模擬、顯示系統(tǒng)組成；BH315-T01溫度場采集系統(tǒng)包括溫度傳感器K氟塑熱電偶和巡環(huán)檢測儀。溫度-時間-位置三維模擬、顯示系統(tǒng)包括界面顯示、自動保存、 溫度場模擬、時實溫度場可視化，可實時地顯示出在該環(huán)境下的溫度場變化情況，并提供數(shù)
4字顯示。測量時，將K氟塑熱電偶垂直放在復(fù)合材料預(yù)浸料片層的不同位置，測試的是復(fù)合材料的溫度，該裝置不能用于測試模具內(nèi)部的溫度。綜上所述的，現(xiàn)階段急需一種用于測試模具溫度的裝置，特別針對于擠壓模具在金屬擠壓過程中的溫度場的監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種擠壓模具溫度場的測試裝置，能夠在金屬擠壓成形過程中實時監(jiān)測并記錄擠壓模具的溫度分布及變化情況。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括包括雙層組合凹模、退料器、 若干臺階式熱電偶、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元，其中雙層組合凹模和退料器分別固定設(shè)置于模座上，若干臺階式熱電偶分別固定設(shè)置于雙層組合凹模和退料器上的預(yù)留孔中并分別與數(shù)據(jù)采集單元相連，數(shù)據(jù)采集單元與數(shù)據(jù)處理單元相連并傳輸金屬擠壓過程中的溫度數(shù)據(jù)并獲得擠壓模具溫度場分布及變化情況；所述的雙層組合凹模包括凹模內(nèi)圈及凹模外圈；所述的退料器包括相互固定連接上部和下部，其中退料器上部和退料器下部分別對稱設(shè)有8個不同深度的豎直盲孔及8個豎直通孔。所述的凹模內(nèi)圈的兩側(cè)端面設(shè)有以圓心為對稱中心的9個軸向盲孔，凹模內(nèi)圈的內(nèi)部等角度均勻分布有12組且每組3個徑向盲孔。所述的徑向盲孔在高度方向上分布在待測材料的主要變形區(qū)內(nèi)，即在凹模內(nèi)圈高度的1/4至1/2區(qū)域內(nèi)，以保證監(jiān)測金屬擠壓變形過程中模具溫度的變化。所述的凹模外圈設(shè)有與凹模內(nèi)圈的徑向盲孔相對應(yīng)的通孔。所述的數(shù)據(jù)采集單元為具有多個數(shù)據(jù)采集通道的一塊通用數(shù)據(jù)采集卡或多塊并聯(lián)的通用數(shù)據(jù)采集卡。所述的數(shù)據(jù)處理單元通過數(shù)據(jù)處理程序?qū)λ杉瘮?shù)據(jù)進(jìn)行實時處理。本發(fā)明通過以下方式實現(xiàn)具體測試1)利用N型熱電偶校準(zhǔn)K型熱電偶，對K型熱電偶進(jìn)行篩選，并進(jìn)行相應(yīng)的冷端補償，確保測試數(shù)據(jù)的一致性，減少系統(tǒng)誤差；2)將所述的特殊結(jié)構(gòu)的雙層組合凹模和退料器，安裝在模座上；3)將熱電偶插入到雙層組合凹模、退料器上的預(yù)留孔中并固定，并與數(shù)據(jù)采集單元相連；4)在壓力機上實現(xiàn)金屬擠壓過程，并通過數(shù)據(jù)采集單元監(jiān)測該過程中模具的溫度數(shù)據(jù)；5)數(shù)據(jù)采集單元將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，通過數(shù)據(jù)處理程序存儲并分析，進(jìn)而獲得擠壓模具溫度場分布及變化情況。本發(fā)明設(shè)有如下特點①該測試裝置，可安裝在通用的擠壓模架上，適應(yīng)性好；② 采用通用的數(shù)據(jù)采集單元及標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，測試裝置搭建方便；③數(shù)據(jù)采集單元與計算機連接，數(shù)據(jù)存儲與分析方便，便于實時的在線溫度監(jiān)測；④整個技術(shù)方案實現(xiàn)成本低，可應(yīng)用于冷、溫、熱擠壓模具，在實驗室與工業(yè)生產(chǎn)中易于推廣。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是退料器上部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是退料器下部結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是雙層組合凹模結(jié)構(gòu)示意圖；圖中(a)為側(cè)視圖，(b)為俯視圖。圖5是實施例中測得模具預(yù)熱的溫度變化曲線。圖6是實施例中測得擠壓過程中模具溫度變化曲線。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。實施例如圖1所示，為本實施例涉及的測試裝置示意圖，該裝置包括雙層組合凹模1、8 孔拼接式退料器2、若干臺階式熱電偶3、數(shù)據(jù)采集單元4和數(shù)據(jù)處理單元5，其中雙層組合凹模1和退料器2分別固定設(shè)置于通用模架的模座6上，若干臺階式熱電偶3分別固定設(shè)置于雙層組合凹模1和退料器2上的預(yù)留孔中并分別與數(shù)據(jù)采集單元4相連，數(shù)據(jù)采集單元4與數(shù)據(jù)處理單元5相連并傳輸金屬擠壓過程中的溫度數(shù)據(jù)并獲得擠壓模具溫度場分布及變化情況。如圖2和圖3所示，所述的退料器2包括相互固定連接上部和下部，其中圓柱體結(jié)構(gòu)的退料器上部和退料器下部分別對稱設(shè)有8個不同深度的豎直盲孔12及8個豎直通孔13。所述的豎直盲孔12的內(nèi)徑為Imm ；所述的不同深度是指8個豎直盲孔12的內(nèi)底與退料器上部的上端面，即頂面的距離分別為lmm、2mm、4mm或8mm，每兩個豎直盲孔12深度相同且深度與距離軸心距離呈反比，如圖1所示。所述的豎直通孔13直徑2mm所述的退料器上部的下端面，即底面刻有用于布置熱電偶3的引線的十字槽。所述的熱電偶3為經(jīng)過校準(zhǔn)的臺階式K型熱電偶3。如圖4(a)和(b)所示，所述的雙層組合凹模1包括凹模內(nèi)圈7及凹模外圈8，其中凹模內(nèi)圈7的兩側(cè)端面設(shè)有以圓心為對稱中心的9個軸向盲孔9，軸向盲孔9的內(nèi)徑為Imm且深度分別為1mm、2mm或10mm，且以循環(huán)周期性設(shè)置；凹模內(nèi)圈7的內(nèi)部等角度均勻分布有12組，每組3個，共36個徑向盲孔10，徑向盲孔10的孔底距離凹模內(nèi)圈7的內(nèi)壁分別為1mm、2mm、5mm或10mm，且以循環(huán)周期性設(shè)置。所述的徑向盲孔10的與內(nèi)圈中心軸的夾角，即斜度為55° 75°，內(nèi)徑為2mm。所述的徑向盲孔10，在高度方向上孔應(yīng)分布在主要變形區(qū)內(nèi)，即在凹模內(nèi)圈高度的1/4至1/2區(qū)域內(nèi)，以保證監(jiān)測金屬擠壓變形過程中模具溫度的變化。所述的凹模外圈8設(shè)有與凹模內(nèi)圈7的徑向盲孔10相對應(yīng)的通孔11，通孔11的斜度與徑向盲孔10的斜度一致，通孔11的內(nèi)徑為4mm。該裝置通過以下方式實現(xiàn)測試1、校準(zhǔn)并篩選熱電偶3，利用N型熱電偶3校準(zhǔn)K型熱電偶3并篩選。2、組裝退料器，將退料器上部與退料器下部通過銷釘連接裝配，把相應(yīng)的熱電偶3 插入退料器的預(yù)留孔中并固定好。3、安裝并調(diào)試模具，將組裝后的退料器與特殊結(jié)構(gòu)的雙層組合凹模1安裝到通用模架的模座6上，再把通用模架固定到3200kN四柱液壓機上，調(diào)試模具使其正常工作，如圖 4所示。4、根據(jù)需要，將熱電偶3插入雙層組合凹模1的預(yù)留孔中并固定，本次雙層組合凹模1的凹模內(nèi)圈7內(nèi)徑為Φ 35. 2mm，雙層組合凹模1預(yù)留孔的斜度為70°。5、連接并調(diào)試溫度數(shù)據(jù)采集流程，將所有熱電偶3連接到數(shù)據(jù)采集單元4，再把數(shù)據(jù)采集單元4與計算機相連，調(diào)試使其正常工作，采用冷端補償法減小溫度測試數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差。6、預(yù)熱模具，采集模具溫度數(shù)據(jù)并實時監(jiān)控，使模具平均溫度穩(wěn)定在120°C左右。 本實施例中模具預(yù)熱溫度的變化曲線，如圖5所示。7、將事先加熱到850°C的直徑為35. 0mm、高徑比為1的55鋼坯料，放入模具中進(jìn)行溫態(tài)反擠壓試驗，對擠壓模具溫度的進(jìn)行實時監(jiān)測。本實施例中獲得的金屬擠壓過程中模具溫度變化曲線，如圖6所示。
權(quán)利要求
1.一種擠壓模具溫度場的測試裝置，其特征在于，包括雙層組合凹模、退料器、若干臺階式熱電偶、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元，其中雙層組合凹模和退料器分別固定設(shè)置于模座上，若干臺階式熱電偶分別固定設(shè)置于雙層組合凹模和退料器上的預(yù)留孔中并分別與數(shù)據(jù)采集單元相連，數(shù)據(jù)采集單元與數(shù)據(jù)處理單元相連并傳輸金屬擠壓過程中的溫度數(shù)據(jù)并獲得擠壓模具溫度場分布及變化情況；所述的雙層組合凹模包括凹模內(nèi)圈及凹模外圈；所述的退料器包括相互固定連接上部和下部，其中退料器上部和退料器下部分別對稱設(shè)有8個不同深度的豎直盲孔及8個豎直通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠壓模具溫度場的測試裝置，其特征是，所述的豎直盲孔的內(nèi)徑為Imm;所述的不同深度是指8個豎直盲孔的內(nèi)底與退料器上部的上端面，即頂面的距離分別為lmm、2mm、4mm或8mm，每兩個豎直盲孔深度相同且深度與距離軸心距離呈反比； 所述的豎直通孔直徑2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠壓模具溫度場的測試裝置，其特征是，所述的退料器上部的下端面，即底面刻有用于布置熱電偶的引線的十字槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠壓模具溫度場的測試裝置，其特征是，所述的凹模內(nèi)圈的兩側(cè)端面設(shè)有以圓心為對稱中心的9個軸向盲孔，凹模內(nèi)圈的內(nèi)部等角度均勻分布有12組且每組3個徑向盲孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的擠壓模具溫度場的測試裝置，其特征是，所述的徑向盲孔在高度方向上分布在待測材料的主要變形區(qū)內(nèi)，即在凹模內(nèi)圈高度的1/4至1/2區(qū)域內(nèi)，以保證監(jiān)測金屬擠壓變形過程中模具溫度的變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的擠壓模具溫度場的測試裝置，其特征是，所述的軸向盲孔的內(nèi)徑為Imm且深度分別為lmm、2mm或10mm，且以循環(huán)周期性設(shè)置；所述的徑向盲孔的孔底距離凹模內(nèi)圈的內(nèi)壁分別為1mm、2mm、5mm或10mm，且以循環(huán)周期性設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的擠壓模具溫度場的測試裝置，其特征是，所述的徑向盲孔的與內(nèi)圈中心軸的夾角，即斜度為 75°，內(nèi)徑為2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠壓模具溫度場的測試裝置，其特征是，所述的凹模外圈設(shè)有與凹模內(nèi)圈的徑向盲孔相對應(yīng)的通孔，通孔的斜度與徑向盲孔的斜度一致，通孔的內(nèi)徑為 4mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠壓模具溫度場的測試裝置，其特征是，所述的數(shù)據(jù)采集單元為具有多個數(shù)據(jù)采集通道的一塊通用數(shù)據(jù)采集卡或多塊并聯(lián)的通用數(shù)據(jù)采集卡；所述的數(shù)據(jù)處理單元通過數(shù)據(jù)處理程序?qū)λ杉瘮?shù)據(jù)進(jìn)行實時處理。
10.一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述測試裝置的測試方法，其特征在于，包括以下步驟1)利用N型熱電偶校準(zhǔn)K型熱電偶，對K型熱電偶進(jìn)行篩選，并進(jìn)行相應(yīng)的冷端補償；2)將所述的特殊結(jié)構(gòu)的雙層組合凹模和退料器，安裝在模座上；3)將熱電偶插入到雙層組合凹模、退料器上的預(yù)留孔中并固定，并與數(shù)據(jù)采集單元相連；4)在壓力機上實現(xiàn)金屬擠壓過程，并通過數(shù)據(jù)采集單元監(jiān)測該過程中模具的溫度數(shù)據(jù)；5)數(shù)據(jù)采集單元將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，通過數(shù)據(jù)處理程序存儲并分析，進(jìn)而獲得擠壓模具溫度場分布及變化情況。
全文摘要
一種金屬擠壓處理技術(shù)領(lǐng)域的擠壓模具溫度場的測試裝置，包括雙層組合凹模、退料器、若干臺階式熱電偶、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元，雙層組合凹模和退料器分別固定設(shè)置于模座上，若干臺階式熱電偶分別固定設(shè)置于雙層組合凹模和退料器上的預(yù)留孔中并分別與數(shù)據(jù)采集單元相連，數(shù)據(jù)采集單元與數(shù)據(jù)處理單元相連并傳輸金屬擠壓過程中的溫度數(shù)據(jù)并獲得擠壓模具溫度場分布及變化情況；雙層組合凹模包括凹模內(nèi)圈及凹模外圈；退料器包括相互固定連接上部和下部，其中圓柱體結(jié)構(gòu)的退料器上部和退料器下部分別對稱設(shè)有8個不同深度的豎直盲孔及8個豎直通孔。本發(fā)明能夠在金屬擠壓成形過程中實時監(jiān)測并記錄擠壓模具的溫度分布及變化情況。
文檔編號G01K7/02GK102538999SQ20121000819
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者胡成亮, 趙震 申請人:上海交通大學(xué)