用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件，包括：傳感器母塊，所述傳感器母塊上設(shè)有多個(gè)間隔開(kāi)布置的測(cè)溫孔；多個(gè)熱電偶，多個(gè)所述熱電偶分別設(shè)在多個(gè)所述測(cè)溫孔內(nèi)以檢測(cè)所述傳感器母塊不同位置的溫度；以及多通道采集儀，所述多通道采集儀與所述熱電偶相連以記錄所述熱電偶檢測(cè)的溫度。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件，通過(guò)在傳感器母塊上設(shè)置多個(gè)測(cè)溫孔用于安裝熱電偶，與鑄型鉆孔安裝熱電偶的方式相比，該方法能夠減少鉆孔所帶來(lái)的溫度場(chǎng)的變化，并能準(zhǔn)確定位測(cè)溫點(diǎn)的位置，且保證熱電偶能夠與測(cè)溫孔接觸良好，使測(cè)量的準(zhǔn)確性提高且操作過(guò)程較為簡(jiǎn)便。
【專利說(shuō)明】用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料熱加工過(guò)程參數(shù)檢測(cè)及控制領(lǐng)域，主要用于高壓鑄造、擠壓鑄造以及重力鑄造等工藝過(guò)程中模具內(nèi)多點(diǎn)精確快速的溫度測(cè)量，特別涉及快速凝固過(guò)程中模具型腔表面溫度的確定以及換熱系數(shù)求解方法和裝置，更具體地，涉及一種用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬材料熱加工過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程，尤其是模具與工件間中常常伴隨著溫度、壓力、速度等多種物理參數(shù)的變化。準(zhǔn)確地檢測(cè)和控制這些物理參數(shù)的變化，以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，是材料加工過(guò)程的主要目的之一。而作為采用金屬模具的高壓鑄造、擠壓鑄造以及重力鑄造等熱加工工藝過(guò)程，溫度的檢測(cè)和控制顯得極為重要。
[0003]溫度測(cè)量的主要目的之一是理解鑄件凝固過(guò)程中界面?zhèn)鳠釞C(jī)制，獲取準(zhǔn)確的界面換熱系數(shù)，建立有效的邊界條件，實(shí)現(xiàn)更為精確的模擬仿真，來(lái)預(yù)測(cè)鑄件可能存在的各種缺陷，制定有效的工藝生產(chǎn)方案，提升鑄件的質(zhì)量和性能。
[0004]作為溫度測(cè)量和調(diào)節(jié)的常用檢測(cè)元件，鎧裝熱電偶具有能彎曲、耐高壓、反應(yīng)時(shí)間快和堅(jiān)固耐用等許多特殊優(yōu)點(diǎn)；接殼式的反應(yīng)靈敏、時(shí)間常數(shù)短；絕緣式反應(yīng)較慢，屏蔽性較好，宜用于對(duì)安全性，工作穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)合。用戶可根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行選用合適的熱電偶。
[0005]用于金屬模具的鑄造工藝中溫度測(cè)量，尤其是快速凝固的高壓壓鑄，熱電偶必須具有很快的響應(yīng)速度，從而獲取快速凝固過(guò)程中溫度的劇烈變化；溫度采樣頻率要高，從而更為精確獲取凝固乃至充型過(guò)程中的快速溫度變化；溫度測(cè)溫點(diǎn)要盡可能離鑄件-鑄型界面要近，以便滿足實(shí)際求解換熱系數(shù)要求，這也對(duì)機(jī)械加工精度提出更好要求。
[0006]經(jīng)過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，早期的研究均采用鑄型鉆孔方式安裝熱電偶來(lái)測(cè)量鑄型內(nèi)部不同位置的溫度。但存在很多困難和不確定性:如在壓鑄模具鑄型內(nèi)部鉆孔一般為盲孔，很難保證距離鑄型表面的準(zhǔn)確位置；在孔中放置安裝熱電偶，不能保證其緊密貼合；放置熱電偶必然會(huì)帶來(lái)局部溫度場(chǎng)變化，為減少鉆孔帶來(lái)的溫度場(chǎng)變化，盲孔一般小而深，將測(cè)溫端焊接到盲孔內(nèi)測(cè)溫端面上不切實(shí)際。
[0007]考慮到壓鑄模具表面需要反復(fù)受到高速高壓高溫的金屬液沖擊，其模具表面溫度通常無(wú)法通過(guò)常規(guī)方法測(cè)量獲得。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問(wèn)題之一。
[0009]為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種測(cè)量準(zhǔn)確且操作簡(jiǎn)便的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件。
[0010]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件，包括:傳感器母塊，所述傳感器母塊上設(shè)有多個(gè)間隔開(kāi)布置的測(cè)溫孔；多個(gè)熱電偶，多個(gè)所述熱電偶分別設(shè)在多個(gè)所述測(cè)溫孔內(nèi)以檢測(cè)所述傳感器母塊不同位置的溫度；以及多通道采集儀，所述多通道采集儀與所述熱電偶相連以記錄所述熱電偶檢測(cè)的溫度。
[0011]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件，通過(guò)在傳感器母塊上設(shè)置多個(gè)測(cè)溫孔用于安裝熱電偶，與鑄型鉆孔安裝熱電偶的方式相比，該方法能夠減少鉆孔所帶來(lái)的溫度場(chǎng)的變化，并能準(zhǔn)確定位測(cè)溫點(diǎn)的位置，且保證熱電偶能夠與測(cè)溫孔接觸良好，使溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性有所提高；同時(shí)，在將該傳感器組件進(jìn)行測(cè)溫操作時(shí)只需將含有熱電偶的傳感器母塊安裝在金屬模具內(nèi)，通過(guò)讀取與熱電偶相連的多通道采集儀上的數(shù)據(jù)即可得到測(cè)試溫度，操作過(guò)程較為簡(jiǎn)便。
[0012]另外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述傳感器母塊上設(shè)有安裝槽，每個(gè)所述測(cè)溫孔分別與所述安裝槽導(dǎo)通，所述熱電偶安裝在所述安裝槽內(nèi)且每個(gè)所述熱電偶的測(cè)溫端面伸入所述測(cè)溫孔內(nèi)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，至少一個(gè)所述測(cè)溫孔與所述安裝槽之間的導(dǎo)通處設(shè)有釬料槽，所述釬料槽內(nèi)設(shè)有釬焊料層，所述熱電偶穿過(guò)所述釬焊料層伸入所述測(cè)溫孔內(nèi)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述釬焊料為BNi7釬焊料。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述熱電偶的測(cè)溫端面抵接所述測(cè)溫孔的內(nèi)端面。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述傳感器母塊的同一深度上設(shè)有至少兩個(gè)所述測(cè)溫孔。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述安裝槽內(nèi)設(shè)有用于密封所述安裝槽的保護(hù)蓋。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件還包括:連接頭，每個(gè)所述熱電偶的連接段與所述連接頭相連；補(bǔ)償導(dǎo)線，所述補(bǔ)償導(dǎo)線的一端與所述多通道采集儀相連，所述補(bǔ)償導(dǎo)線的另一端與所述連接頭相連。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述傳感器母塊為H13熱作模具鋼。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述熱電偶為選自裸露熱電偶、露頭式鎧裝熱電偶、絕緣式鎧裝熱電偶和接殼式鎧裝熱電偶中的一種或多種。
[0022]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件的真空釬焊工藝圖；
[0026]圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0027]圖4是根據(jù)圖3中A-A線的剖面圖；[0028]圖5是根據(jù)圖3中a的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件的應(yīng)用不意圖；
[0030]圖7是根據(jù)圖6中B-B線的剖面圖；
[0031]圖8是根據(jù)圖6中C-C線的剖面圖。
[0032]附圖標(biāo)記:
[0033]100:傳感器組件；1:傳感器母塊；2:測(cè)溫孔；3:釬焊料層；4:釬料槽；5:保護(hù)蓋；6:熱電偶；7:連接頭；8:補(bǔ)償導(dǎo)線；9:多通道采集儀；10:裸露熱電偶；11:露頭式鎧裝熱電偶；12:絕緣式鎧裝熱電偶；13:接殼式鎧裝熱電偶；14:安裝槽；15:金屬模具；16:0型密封圈；17:固定壓板；18:沉頭螺栓；19:固定套筒；20:密封套筒。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0035]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0036]此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。
[0037]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
[0038]下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于金屬模具15內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件100。
[0039]如圖1至圖6所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于金屬模具15內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件100包括傳感器母塊1、多個(gè)熱電偶6以及多通道采集儀9，傳感器母塊I上設(shè)有多個(gè)間隔開(kāi)布置的測(cè)溫孔2，多個(gè)熱電偶6分別設(shè)在多個(gè)測(cè)溫孔2內(nèi)以檢測(cè)傳感器母塊I不同位置的溫度，多通道采集儀9與熱電偶6相連以記錄熱電偶6檢測(cè)的溫度。
[0040]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于金屬模具15內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件100，通過(guò)在傳感器母塊I上設(shè)置多個(gè)測(cè)溫孔2用于安裝熱電偶6，與鑄型鉆孔安裝熱電偶6的方式相比，該方法能夠減少鉆孔所帶來(lái)的溫度場(chǎng)的變化，并能準(zhǔn)確定位測(cè)溫點(diǎn)的位置，且保證熱電偶6能夠與測(cè)溫孔2接觸良好，使溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性有所提高；同時(shí)，在將該傳感器組件100進(jìn)行測(cè)溫操作時(shí)只需將含有熱電偶6的傳感器母塊I安裝在金屬模具15內(nèi)，通過(guò)讀取與熱電偶6相連的多通道采集儀9上的數(shù)據(jù)即可得到測(cè)試溫度，操作過(guò)程較為簡(jiǎn)便。
[0041]需要說(shuō)明的是，由于熱電偶6位于傳感器母塊I內(nèi)部，因此，傳感器組件100的實(shí)際測(cè)試溫度點(diǎn)并非金屬模具15型腔的表面，金屬模具15型腔表面的溫度可以通過(guò)熱傳導(dǎo)反算進(jìn)行求解獲取。
[0042]具體而言，反算求解的基本思想為:假設(shè)在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，模具型腔表面熱流值為一常數(shù)或在該段時(shí)間內(nèi)呈線性變化(通常情況下，均假設(shè)界面熱流值為一常數(shù)，以下均按界面熱流值為常數(shù)處理)，并任意給定一初始值，即模具溫度場(chǎng)，得到在該段時(shí)間內(nèi)所有位置和所有時(shí)刻的計(jì)算溫度值，并通過(guò)使該段時(shí)間內(nèi)所有實(shí)測(cè)溫度與計(jì)算溫度的差值平方和達(dá)到最小，來(lái)求得該段時(shí)間內(nèi)的實(shí)測(cè)熱流值，從而獲取模具的表面溫度。

[0043]計(jì)算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件，其特征在于，包括: 傳感器母塊，所述傳感器母塊上設(shè)有多個(gè)間隔開(kāi)布置的測(cè)溫孔； 多個(gè)熱電偶，多個(gè)所述熱電偶分別設(shè)在多個(gè)所述測(cè)溫孔內(nèi)以檢測(cè)所述傳感器母塊不同位置的溫度；以及 多通道采集儀，所述多通道采集儀與所述熱電偶相連以記錄所述熱電偶檢測(cè)的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件，其特征在于，所述傳感器母塊上設(shè)有安裝槽，每個(gè)所述測(cè)溫孔分別與所述安裝槽導(dǎo)通，所述熱電偶安裝在所述安裝槽內(nèi)且每個(gè)所述熱電偶的測(cè)溫端面伸入所述測(cè)溫孔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件，其特征在于，至少一個(gè)所述測(cè)溫孔與所述安裝槽之間的導(dǎo)通處設(shè)有釬料槽，所述釬料槽內(nèi)設(shè)有釬焊料層，所述熱電偶穿過(guò)所述釬焊料層伸入所述測(cè)溫孔內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件，其特征在于，所述釬焊料為BNi7釬焊料。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件，其特征在于，所述熱電偶的測(cè)溫端面抵接所述測(cè)溫孔的內(nèi)端面。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件，其特征在于，所述傳感器母塊的同一深度上設(shè)有至少兩個(gè)所述測(cè)溫孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件，其特征在于，所述安裝槽內(nèi)設(shè)有用于密封所述安裝槽的保護(hù)蓋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件，其特征在于，還包括: 連接頭，每個(gè)所述熱電偶的連接段與所述連接頭相連； 補(bǔ)償導(dǎo)線，所述補(bǔ)償導(dǎo)線的一端與所述多通道采集儀相連，所述補(bǔ)償導(dǎo)線的另一端與所述連接頭相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件，其特征在于，所述傳感器母塊為H13熱作模具鋼。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于金屬模具內(nèi)精細(xì)多點(diǎn)測(cè)溫的傳感器組件，其特征在于，所述熱電偶為選自裸露熱電偶、露頭式鎧裝熱電偶、絕緣式鎧裝熱電偶和接殼式鎧裝熱電偶中的一種或多種。
【文檔編號(hào)】G01K7/02GK103487157SQ201310479474
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】曹永友, 熊守美 申請(qǐng)人:清華大學(xué)