專利名稱：一種熱介質(zhì)脹形試驗機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液壓機械及儀表自動化測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種熱介質(zhì)脹形試驗機。
背景技術(shù)：
近年來，輕量化、節(jié)能降耗、綠色制造對航空航天及汽車領(lǐng)域提出了更高要求。鋁合金、鈦合金、鎂合金、鋁鋰合金及復(fù)合材料等輕質(zhì)材料得到了廣泛應(yīng)用，但這些材料在室溫下塑性差，應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)難以成形。板材熱介質(zhì)成形技術(shù)集熱成形與充液成形優(yōu)點于一身，特別適合于上述輕質(zhì)材料成形。特點在于流體壓力作為重要的工藝參數(shù)參與到板材成形中，板材成形極限得到顯著提高。適用于板材熱介質(zhì)成形的力學(xué)性能測試手段成為制約該技術(shù)發(fā)展的瓶頸。高溫單向拉伸試驗機是模擬板材熱環(huán)境下單軸應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系廣泛采用的試驗設(shè)備。單向拉伸力學(xué)性能具有普遍性，也是目前板材熱介質(zhì)成形所采用的主要測試方法之一， 但這是檢測設(shè)備條件限制所采取的折中方法。采用板材脹形獲取應(yīng)力應(yīng)變曲線較單向拉伸更適用于板材熱介質(zhì)成形。首先，脹形試驗可以獲得比單向拉伸試驗大的多的均勻應(yīng)變，原因在于脹形試驗中載荷失穩(wěn)較單向拉伸滯后，且受溫度影響小；其次，材料高溫單向拉伸應(yīng)力呈現(xiàn)隨應(yīng)變迅速遞減現(xiàn)象，由于高溫下頸縮極易產(chǎn)生，因此難以判斷應(yīng)力減小是溫度引起的真實材料軟化，還是非均勻變形更加嚴(yán)重；最后，脹形試驗中板材拱形頂點為雙向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，且流體壓力作為第三向應(yīng)力參與成形，較單向拉伸與板材熱介質(zhì)成形具有工藝相似性。高溫雙軸拉伸試驗機是板材獲取應(yīng)力應(yīng)變曲線的另一重要試驗設(shè)備。采用雙軸拉伸測試材料力學(xué)性能，試樣通常為十字形。限于該技術(shù)特點，試樣兩軸間夾角處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，且每軸仍具有單向拉伸提前頸縮的缺點。另外，該技術(shù)也沒有考慮流體壓力的影響。 采用高溫單向拉伸試驗機與高溫雙軸拉伸試驗機獲得板材應(yīng)力應(yīng)變曲線用于板材熱介質(zhì)成形存在較大誤差。中國發(fā)明專禾Ij “ 一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測試方法及裝置”(公開號CN 10176^82)，提出了采用氣體脹形塑膠圓片獲得應(yīng)力應(yīng)變曲線的方法，并提出了實現(xiàn)該方法的裝置，包括壓緊系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該發(fā)明對其他材料測試不具備通用性，且試驗手段涉及一種裝置，而不是一種功能系統(tǒng)化的試驗機。石幵究者(S. Mahabunphachai，M. Koc. Investigations on forming of aluminum 5052and 6061 sheet alloys at warm temperatures. Materials and Design，2010，31 : 2422-2434.)設(shè)計了脹形獲取鋁合金板材應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡易裝置，由四部分組成液壓或氣壓系統(tǒng)(泵、壓力傳感器、變送器)，脹形工裝(上下模直徑均為100mm，圓角半徑 6. 5mm)，加熱系統(tǒng)(加熱管、溫度控制器和熱電偶)，非接觸測量系統(tǒng)(激光位移傳感器、立體視覺攝像機)。該簡易裝置脹形模具上下模通過12個螺栓連接。模具加熱采用加熱管， 未設(shè)置恒溫保護裝置，模具與環(huán)境存在熱交換，板材試驗溫度難以保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了克服上述缺點，提供一種熱介質(zhì)脹形試驗機，由高溫壓力介質(zhì)使板材脹成拱形，記錄拱高和脹形壓力，通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)計算得出應(yīng)力應(yīng)變曲線，該試驗機注重于整體機械連接形式、部件相對位置關(guān)系及系統(tǒng)化功能實現(xiàn)，便于準(zhǔn)確測試板材應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系?！N熱介質(zhì)脹形試驗機，包括底座、立柱、中間橫梁、上橫梁、加熱爐、壓邊缸、高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置、脹形裝置、板材拱高測量裝置、壓力測量裝置、冷卻裝置、溫度檢測裝置、防氧化裝置和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；立柱安裝在底座上，上橫梁固定在立柱的頂端，中間橫梁固定在底座和上橫梁之間的立柱上；加熱爐包括箱體、加熱爐頂蓋、保溫層、加熱單元、隔熱墊板、防濺隔板和拱高測量口，箱體固定在中間橫梁上，箱體中部形成加熱爐的工作腔，加熱爐頂蓋連接于箱體上方， 保溫層固定在箱體上，加熱單元固定保溫層上；防濺隔板位于保溫層外側(cè)，位于加熱爐的最內(nèi)側(cè)，固定在加熱爐頂蓋下表面與中間橫梁上表面，將加熱單元與工作腔隔開；隔熱墊板位于工作腔下端，固定在中間橫梁上；拱高測量口位于加熱爐頂蓋上；溫度檢測裝置包括溫度傳感器，溫度傳感器檢測加熱爐的工作腔、板材、壓力介質(zhì)及脹形裝置的溫度；壓邊缸安裝在上橫梁上，壓邊缸下端連接冷卻隔板，冷卻隔板連接頂出桿的一端， 頂出桿的另一端穿過加熱爐頂蓋上預(yù)留的孔，連接脹形上模；脹形裝置包括脹形上模和高壓介質(zhì)模腔，脹形上模與高壓介質(zhì)模腔位于防濺隔板圍成的工作腔內(nèi)，脹形上模固定在頂出桿上，高壓介質(zhì)模腔固定在隔熱墊板上；冷卻裝置主要包括冷卻隔板、冷卻水泵、熱量交換單元和冷卻水套，冷卻水套固定在中間橫梁下底面上，冷卻水泵的出水口與冷卻管路連接，冷卻管路分為兩路，分別連接冷卻隔板和冷卻水套，冷卻隔板的另一端、冷卻水套的另一端分別通過冷卻管路與熱交換單元連接，熱交換單元又與冷卻水泵的進水口連接；高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置安裝在底座與中間橫梁之間，高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置的底部通過墊塊連接底座，高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置出口端穿過冷卻隔板和中間橫梁的中間孔連接在高壓介質(zhì)模腔上；板材拱高測量裝置包括支架和位移傳感器，支架固定在上橫梁上，位移傳感器固定在支架上，位移傳感器實時測量板材拱高并以電信號形式輸入給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；壓力測量裝置安裝在高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置的出口端，包括壓力傳感器，壓力傳感器實時檢測壓力介質(zhì)的壓力并以電信號形式輸入給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；防氧化裝置通過管路與加熱爐連接，用于防止加熱爐的工作腔內(nèi)的待測板材氧化；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實時獲取壓力測量裝置中壓力傳感器檢測的高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的壓力介質(zhì)的壓力，實時獲取板材拱高測量裝置中位移傳感器檢測的板材的拱高，當(dāng)測量到的板材拱高與預(yù)先設(shè)定的理論計算拱高差的絕對值滿足設(shè)定容差時，記錄此時的壓力值及拱高，然后，改變理論計算拱高，重復(fù)上述過程，最后，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將得到的一系列壓力與拱高，進行計算轉(zhuǎn)換為應(yīng)力應(yīng)變曲線。
本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)試驗機采用的熱介質(zhì)脹形工藝，可以獲得比單向拉伸試驗大很多的均勻應(yīng)變， 應(yīng)用脹形試驗測得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系擬合的本構(gòu)方程具有更好的外插能力；(2)試驗機采用的熱介質(zhì)脹形工藝，板材拱形頂點為雙向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，且流體壓力作為第三向應(yīng)力參與成形，與板材熱介質(zhì)成形具有工藝相似性；(3)試驗機用比例伺服閥控制壓邊缸鎖模與開啟，自動化程度高；(4)試驗機加熱爐對板材、模具、壓力介質(zhì)進行加熱與恒溫控制，升溫效率高、誤差(5)試驗機冷卻裝置對高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置出口端、頂出桿進行冷卻，屏蔽加熱爐對爐外的部件熱傳導(dǎo)，保護試驗機主體；(6)試驗機防氧化裝置使待測板材與空氣中的氧氣隔絕，確保高溫下材料真實性能；(7)試驗機高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置高壓端(出口端)與壓力介質(zhì)模腔連接，高壓端與高壓介質(zhì)存儲容器相連，低壓端采用普通液壓油驅(qū)動，高壓端與低壓端不相連，便于高壓端與低壓端采用不同壓力介質(zhì)；(8)試驗機底座、中間橫梁、上橫梁通過螺栓連接成整體，壓邊缸、加熱爐、高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置固定其上，整體剛度好；(9)試驗機不僅適用于低于400°C的脹形試驗，尤其適用于高溫(彡7500C )且成形介質(zhì)為固體粉末的情況。


圖1為本發(fā)明的熱介質(zhì)脹形試驗機結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的熱介質(zhì)脹形試驗機液壓原理圖；圖3為本發(fā)明的方法流程圖；圖中1-底座，2-立柱，3-高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置，4-高壓腔，5-出口端，6-中間橫梁， 7-加熱爐，8-壓力介質(zhì)，9-脹形上模，10-工作腔，11-防濺隔板，12-頂出桿，13-冷卻隔板， 14-壓邊缸，15-上橫梁，16-支架，17-位移傳感器，18-拱高測量口，19-加熱爐頂蓋，20-加熱單元，21-保溫層，22-板材，23-加熱爐箱體，24-高壓介質(zhì)模腔，25-隔熱墊板，26-冷卻水套，27-低壓腔，28-活塞，29-墊塊，30-板材拱高測量裝置，31-溫度檢測裝置，32-壓力測量裝置，33-驅(qū)動油泵，34-冷卻水泵，35-熱交換單元，36-比例伺服閥，37-低壓腔驅(qū)動油泵。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明是一種熱介質(zhì)脹形試驗機，如圖1、圖2所示，熱介質(zhì)脹形試驗機主要包括底座1、立柱2、中間橫梁6、上橫梁15、加熱爐7、壓邊缸14、高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置3、脹形裝置、 板材拱高測量裝置30、壓力測量裝置32、冷卻裝置、溫度檢測裝置31和防氧化裝置。立柱2安裝在底座1上，上橫梁15固定在立柱2的頂端，中間橫梁6固定在底座1 和上橫梁15之間的立柱2上，本發(fā)明中中間橫梁6、上橫梁15為板狀結(jié)構(gòu)，立柱2為四根，底座1、立柱2、中間橫梁6、上橫梁15通過螺栓連接成整體。加熱爐7通過焊接固定在中間橫梁6上，加熱爐7包括箱體23、加熱爐頂蓋19、保溫層21、加熱單元20、隔熱墊板25、防濺隔板11和拱高測量口 18，箱體23通過焊接固定在中間橫梁6上，箱體23可以圍成圓形，中部形成加熱爐7的工作腔10，加熱爐頂蓋19連接在箱體23上面，保溫層21通過螺栓固定在箱體23上，保溫層21用于屏蔽工作腔10內(nèi)熱量與環(huán)境進行熱交換，保證板材22脹形溫度的準(zhǔn)確性，加熱單元20通過螺栓固定保溫層21 上，用于給工作腔10內(nèi)的脹形上模9、高壓介質(zhì)模腔M、板材22、壓力介質(zhì)8加熱，加熱單元 20可以是加熱管、電阻絲、燃料或者熱油等。防濺隔板11位于保溫層21外側(cè)，位于加熱爐 7的最內(nèi)側(cè)，通過焊接固定在加熱爐頂蓋19下表面與中間橫梁6上表面，并將加熱單元20 與工作腔10隔開，防濺隔板11用于板材22脹破時防止壓力介質(zhì)8噴濺在加熱單元20上。 隔熱墊板25位于工作腔10下端，通過螺栓固定在中間橫梁6上，起到隔熱的作用。隔熱墊板25可以是石棉網(wǎng)、剛玉或者其他耐火材料；拱高測量口 18位于加熱爐頂蓋19上，通過粘接固定在加熱爐頂蓋19上，拱高測量口 18可以是方便激光位移傳感器測試的透明玻璃或是透明石英板，也可以是方便機械式位移傳感器測試的帶孔隔板，加熱爐7使工作腔10溫度升高并保證待測板材22穩(wěn)定在某一設(shè)定的溫度上。如圖2所示，溫度檢測裝置31包括溫度傳感器、螺釘和支座，支座通過螺栓固定在加熱爐7上，溫度傳感器通過螺釘固定在支座上。溫度檢測裝置31有4套，分別用于檢測加熱爐7的工作腔10、板材22、壓力介質(zhì)8及脹形裝置的溫度。溫度傳感器可以是接觸式， 也可以是非接觸式的。壓邊缸14安裝在上橫梁15上。壓邊缸14下端連接冷卻隔板13，冷卻隔板13通過螺栓連接頂出桿12的一端，頂出桿12的另一端穿過加熱爐頂蓋19上預(yù)留的孔，通過螺栓連接脹形上模9，壓邊缸14通過冷卻隔板13帶動頂出桿12上下移動，對脹形上模9進行鎖模與開啟。本發(fā)明中使用驅(qū)動油泵33、比例伺服閥控制壓邊缸14的移動。脹形裝置安裝在加熱爐7的工作腔10內(nèi)，脹形裝置包括脹形上模9和高壓介質(zhì)模腔對，脹形上模9與高壓介質(zhì)模腔M位于防濺隔板11圍成的工作腔10內(nèi)，脹形上模9通過螺栓固定在頂出桿12上，高壓介質(zhì)模腔M通過螺栓固定在隔熱墊板25上，脹形上模9 用于將板材22壓在高壓介質(zhì)模腔M上并保證板材22的脹形形狀，板材22可以是金屬、復(fù)合材料、高分子材料。頂出桿12的數(shù)量可以是2根、3根、4根、6根和8根。板材22的脹形形狀由脹形上模9預(yù)留的中心孔形狀確定，脹形上模9預(yù)留中心孔可以是圓形、橢圓形或者十字形。冷卻裝置主要包括冷卻隔板13、冷卻水泵34、熱量交換單元35和冷卻水套沈，冷卻水套沈通過螺栓固定在中間橫梁6下底面上，冷卻水泵34的出水口通過螺栓與冷卻管路連接，冷卻管路分為兩路，分別連接冷卻隔板13和冷卻水套沈，冷卻隔板13的另一端、冷卻水套26的另一端分別通過冷卻管路與熱交換單元35連接，熱交換單元35又與冷卻水泵 34的進水口通過螺栓連接。所述的冷卻管路可以是塑料管、PVC管、金屬管或者橡膠管。冷卻裝置的水循環(huán)環(huán)路有2路，1路為冷卻水泵34出水口-冷卻隔板13-熱交換單元35-冷卻水泵34進水口 ；另一路為冷卻水泵34出水口 -冷卻水套26-熱交換單元 35-冷卻水泵34進水口 ；冷卻裝置用于冷卻深入到加熱爐7工作腔10的頂出桿12和高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置3的出口端5，防止加熱爐7內(nèi)熱量傳遞到試驗機主體上。所述的熱量交換單元35可以是水箱、水池，冷卻塔、風(fēng)機、油冷機或者空調(diào)。高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置3安裝在底座1與中間橫梁6之間，高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置3的底部通過墊塊四連接底座1，墊塊四用于支撐與固定高壓壓力產(chǎn)生裝置3，高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置3 包括低壓腔27、高壓腔4、活塞桿和活塞28，活塞28位于低壓腔27中，壓力介質(zhì)8位于高壓腔4內(nèi)，低壓腔驅(qū)動油泵37用于驅(qū)動低壓腔27內(nèi)活塞觀上下移動，活塞桿通過螺栓與活塞28連接。高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置3出口端5穿過冷卻水套沈和中間橫梁6的中間孔通過螺栓連接在高壓介質(zhì)模腔M上，高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置3用于將壓力介質(zhì)8打壓至設(shè)定壓力，并且通過高壓介質(zhì)模腔M作用至板材22上。高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置3可以是增壓器、倍加器、放大器、手動泵、電動泵、普通油缸、伺服油缸、普通氣缸、伺服氣缸、數(shù)字油缸或數(shù)字氣缸。壓力介質(zhì)8可以是氮氣、惰性氣體、油、低熔點金屬、高分子材料、細(xì)沙或陶瓷顆粒。板材拱高測量裝置30安裝在上橫梁15上，主要包括支架16、位移傳感器17和螺釘，支架16通過焊接固定在上橫梁15上，位移傳感器17通過螺釘固定在支架16上，位移傳感器17實時測量板材22拱高并以電信號形式輸入給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。位移傳感器17可以是彈簧復(fù)位機械式位移傳感器或是非接觸激光位移傳感器。壓力測量裝置32安裝在高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置3的出口端5，主要包括高壓管路、壓力傳感器和接頭，高壓管路由接頭通過螺紋連接在高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置3出口端5，高壓管路再連接壓力傳感器，壓力傳感器實時檢測壓力介質(zhì)8的壓力并以電信號形式輸入給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。防氧化裝置通過管路與加熱爐7連接，用于防止加熱爐7的工作腔10內(nèi)的待測板材22氧化而使材料性能發(fā)生變化，以確保材料性能真實性。防氧化裝置可以是氣體保護形式，保護氣體可以是氮氣或者惰性氣體；防氧化裝置也可以是真空保護形式。試驗機還包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實時獲取壓力測量裝置32中壓力傳感器檢測的高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置3產(chǎn)生的壓力介質(zhì)8的壓力，實時獲取板材拱高測量裝置30 中位移傳感器17檢測的板材22的拱高，當(dāng)測量到的板材22拱高與預(yù)先設(shè)定的理論計算拱高差的絕對值滿足設(shè)定容差時，記錄此時的壓力值及拱高，然后，改變理論計算拱高，重復(fù)上述過程，最后，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將得到的一系列壓力與拱高，進行計算并轉(zhuǎn)換為應(yīng)力應(yīng)變曲線。本發(fā)明的一種應(yīng)用所述熱介質(zhì)脹形試驗機的板材應(yīng)力應(yīng)變測試方法，流程如圖3 所示，包括以下幾個步驟(1)放置被測板材22，普通液壓油驅(qū)動壓邊缸14，對待測板材22進行壓邊鎖模，防止脹形過程中板材22走料。(2)開啟冷卻水泵34進行冷卻；(3)然后開啟加熱爐7開關(guān)；(4)將溫度調(diào)節(jié)到設(shè)定值T1，穩(wěn)定一段時間升溫至設(shè)定溫度T1，確保板材22、脹形裝置溫度均勻。(5)普通液壓油驅(qū)動高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置3輸出壓力介質(zhì)8，使板材開始脹形；。(6)設(shè)定測試所需應(yīng)變率ei(7)在時間步、，實時監(jiān)測的拱高為h1;理論計算拱高為ha，，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將ha 與h進行比較，當(dāng)Ii1 < ha時，說明實際拱高小于理論值，增大高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置3高壓端4壓力P1,則板材22繼續(xù)脹高；(8)當(dāng)IhfhbI小于設(shè)定容差時，認(rèn)為實際拱高等于理論值，記錄此時拱高Ii1及壓力值P1 ；(9)當(dāng)Ill > ha時，說明實際拱高已超過理論值，則計算時間步t2的拱高理論值hb， 此時實時監(jiān)測的拱高為ti2，當(dāng)Ii2 < hb時，說明實際拱高小于理論值，增大高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置 3高壓端4壓力p2，則板材22繼續(xù)脹高；(10)當(dāng)|t!2_hb|小于設(shè)定容差時，認(rèn)為實際拱高Ii2等于理論值hb，記錄此時拱高Ii2 及壓力值P2 ；(11)重復(fù)(7)-(10)，進入脹破前時間步tn，實時監(jiān)測的拱高為hn，理論計算拱高為 hm，，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將hn與hm進行比較，當(dāng)hn < hm時，說明實際拱高小于理論值，增大高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置3高壓端4壓力Pn，則板材22繼續(xù)脹高，記錄此時拱高h(yuǎn)n及壓力值Pn ；(10)這樣可以獲得應(yīng)變率ei下的拱高、-!^與脹形壓力P1-Pn，將記錄的板材拱高與脹形壓力由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行計算轉(zhuǎn)換得到應(yīng)力應(yīng)變曲線，通過監(jiān)控界面保存數(shù)據(jù)并以圖形形式輸出曲線；(11)通過改變(4)中的設(shè)定溫度與(6)中設(shè)定應(yīng)變率值，重復(fù)步驟(7)-(11)，可以得到不同溫度及不同應(yīng)變速率下的應(yīng)力應(yīng)變曲線；(12)板材脹形過程中，當(dāng)記錄的下一時間步與上一時間壓差為負(fù)時，表明板材脹破，發(fā)出控制信號使高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置18停機并泄壓，以確保試驗安全。(13)關(guān)閉加熱爐7，關(guān)閉水泵34，試驗結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種熱介質(zhì)脹形試驗機，其特征在于，包括底座、立柱、中間橫梁、上橫梁、加熱爐、壓邊缸、高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置、脹形裝置、板材拱高測量裝置、壓力測量裝置、冷卻裝置、溫度檢測裝置、防氧化裝置和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；立柱安裝在底座上，上橫梁固定在立柱的頂端，中間橫梁固定在底座和上橫梁之間的立柱上；加熱爐包括箱體、加熱爐頂蓋、保溫層、加熱單元、隔熱墊板、防濺隔板和拱高測量口， 箱體固定在中間橫梁上，箱體中部形成加熱爐的工作腔，加熱爐頂蓋連接于箱體上方，保溫層固定在箱體上，加熱單元固定保溫層上；防濺隔板位于保溫層外側(cè)，位于加熱爐的最內(nèi)側(cè)，固定在加熱爐頂蓋下表面與中間橫梁上表面，將加熱單元與工作腔隔開；隔熱墊板位于工作腔下端，固定在中間橫梁上；拱高測量口位于加熱爐頂蓋上；溫度檢測裝置包括溫度傳感器，溫度傳感器檢測加熱爐的工作腔、板材、壓力介質(zhì)及脹形裝置的溫度；壓邊缸安裝在上橫梁上，壓邊缸下端連接冷卻隔板，冷卻隔板連接頂出桿的一端，頂出桿的另一端穿過加熱爐頂蓋上預(yù)留的孔，連接脹形上模；脹形裝置包括脹形上模和高壓介質(zhì)模腔，脹形上模與高壓介質(zhì)模腔位于防濺隔板圍成的工作腔內(nèi)，脹形上模固定在頂出桿上，高壓介質(zhì)模腔固定在隔熱墊板上；冷卻裝置主要包括冷卻隔板、冷卻水泵、熱量交換單元和冷卻水套，冷卻水套固定在中間橫梁下底面上，冷卻水泵的出水口與冷卻管路連接，冷卻管路分為兩路，分別連接冷卻隔板和冷卻水套，冷卻隔板的另一端、冷卻水套的另一端分別通過冷卻管路與熱交換單元連接，熱交換單元又與冷卻水泵的進水口連接；高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置安裝在底座與中間橫梁之間，高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置的底部通過墊塊連接底座，高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置出口端穿過冷卻隔板和中間橫梁的中間孔連接在高壓介質(zhì)模腔上；板材拱高測量裝置包括支架和位移傳感器，支架固定在上橫梁上，位移傳感器固定在支架上，位移傳感器實時測量板材拱高并以電信號形式輸入給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；壓力測量裝置安裝在高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置的出口端，包括壓力傳感器，壓力傳感器實時檢測壓力介質(zhì)的壓力并以電信號形式輸入給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；防氧化裝置通過管路與加熱爐連接，用于防止加熱爐的工作腔內(nèi)的待測板材氧化； 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實時獲取壓力測量裝置中壓力傳感器檢測的高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的壓力介質(zhì)的壓力，實時獲取板材拱高測量裝置中位移傳感器檢測的板材的拱高，當(dāng)測量到的板材拱高與預(yù)先設(shè)定的理論計算拱高差的絕對值滿足設(shè)定容差時，記錄此時的壓力值及拱高，然后，改變理論計算拱高，重復(fù)上述過程，最后，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將得到的一系列壓力與拱高，進行計算轉(zhuǎn)換為應(yīng)力應(yīng)變曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱介質(zhì)脹形試驗機，其特征在于，所述的底座、立柱、中間橫梁、上橫梁通過螺栓連接成整體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱介質(zhì)脹形試驗機，其特征在于，所述的溫度檢測裝置包括溫度傳感器、螺釘和支座，支座通過螺栓固定在加熱爐上，溫度傳感器通過螺釘固定在支座上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱介質(zhì)脹形試驗機，其特征在于，所述的溫度檢測裝置有4套，分別用于檢測加熱爐的工作腔、板材、壓力介質(zhì)及脹形裝置的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱介質(zhì)脹形試驗機，其特征在于，所述的防氧化裝置為氣體保護形式或者真空保護形式，氣體保護形式時，保護氣體為氮氣或者惰性氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱介質(zhì)脹形試驗機，其特征在于，所述的壓力測量裝置包括高壓管路、壓力傳感器和接頭，高壓管路由接頭通過螺紋連接在高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置出口端，高壓管路再連接壓力傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱介質(zhì)脹形試驗機，其特征在于，所述的頂出桿的數(shù)量是2根、3根、4根、6根或者8根。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱介質(zhì)脹形試驗機，其特征在于，所述的板材的脹形形狀由脹形上模預(yù)留的中心孔形狀確定，脹形上模預(yù)留中心孔是圓形、橢圓形或者十字形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的一種熱介質(zhì)脹形試驗機，其特征在于，所述的加熱單元是加熱管、電阻絲、燃料或者熱油；隔熱墊板是石棉網(wǎng)或剛玉；拱高測量口為透明玻璃、透明石英板或帶孔隔板；板材是金屬、復(fù)合材料或者高分子材料；冷卻管路是塑料管、PVC管、金屬管或者橡膠管；熱量交換單元是水箱、水池，冷卻塔、風(fēng)機、油冷機或者空調(diào)；高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置是增壓器、倍加器、放大器、手動泵、電動泵、普通油缸、伺服油缸、普通氣缸、伺服氣缸、數(shù)字油缸或數(shù)字氣缸；溫度傳感器是接觸式或者非接觸式；壓力介質(zhì)是氮氣、惰性氣體、油、低熔點金屬、高分子材料、細(xì)沙或陶瓷顆粒；位移傳感器是彈簧復(fù)位機械式位移傳感器或是非接觸激光位移傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱介質(zhì)脹形試驗機，主要由底座、安裝在底座上的立柱、安裝在立柱上的中間橫梁、安裝在立柱上的上橫梁、安裝在上橫梁上的壓邊缸、安裝在中間橫梁與上橫梁間的加熱爐、安裝在底座與中間橫梁間的高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置、安裝在加熱爐內(nèi)的脹形裝置、安裝在上橫梁上的拱高測量裝置、安裝在高壓介質(zhì)裝置出口端的壓力測量裝置、通過管路與加熱爐側(cè)壁連接的防氧化裝置、通過管路與高壓介質(zhì)產(chǎn)生裝置出口端及頂出桿連接的冷卻裝置構(gòu)成，底座、中間橫梁、上橫梁通過螺栓連接成整體，加熱爐通過焊接固定在中間橫梁上，冷卻隔板通過螺栓固定在壓邊缸上，頂出桿通過螺栓固定在冷卻隔板上，冷卻水套通過螺栓固定在中間橫梁上。
文檔編號G01N3/18GK102175537SQ20111000678
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者劉寶勝, 張虎, 李慧麗, 杜平梅, 郎利輝 申請人:北京航空航天大學(xué)