用于制作压铸模具的金属材料的热疲劳试验设备和试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及疲劳试验技术领域，尤其是涉及一种用于制作压铸模具的金属材料的热疲劳试验设备和试验方法。
【背景技术】
[0002]压铸是一种金属铸造工艺，包括闭模、压射充型、保压冷却、开模取件和喷脱模剂，用于批量制造大量产品，其特点是利用模具腔对融化的金属施加高压。压铸的成功取决于压射速度和模具。由于模具在压射充型阶段要承受600~700°C的高温，在开模取件时模具表面受到20°C左右涂脱模剂溶液的快速冷却，冷热交替容易使模具表面出现裂纹，导致压铸失效。
[0003]人们通过研制用于制造模具的新材料或对现有的金属材料进行热处理、表面强化处理(涂层、激光、等离子、表面涂层、气相沉淀、微弧氧化、电脉冲强化)等方法来提高模具的热疲劳性能。在研宄过程中，需要对不同新材料或在不同处理方法前后的金属材料的热疲劳性能进行比较分析。现有的如专利号为ZL200520041915.3名称为‘压铸模具材料在熔融铝液中的热熔损与热疲劳试验装置’的中国实用新型专利提供了一种在熔融铝液中加热、空气中冷却的工控设备和相应的实验方法。该实验方法由于试件是在空气中冷却，与实际生产中模具是用脱模剂冷却，两者间存在较大区别，导致实验结果与实际应用的不同，亟待改进。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种与实际应用环境相近，实验结果比较准确的用于制作压铸模具的金属材料的热疲劳试验设备。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种用于制作压铸模具的金属材料的热疲劳试验设备，包括工作台、加热炉、机械臂、机械臂行程控制系统、试件夹具、传动轴和与传动轴连接的用于驱动试件夹具旋转的旋转电机，加热炉内设有用于盛放熔融状态金属熔液的坩祸，传动轴通过轴承与机械臂枢接；还包括用于盛放脱模剂的冷却桶；所述机械臂行程控制系统包括用于控制机械臂在加热炉与冷却桶之间移动的横向移动机构、用于控制机械臂垂直上下的升降机构和PLC控制器，横向移动机构、升降机构和旋转电机分别与PLC控制器电连接；所述机械臂通过升降机构和横向移动机构与工作台连接；所述试件夹具与传动轴可拆式连接且设有多个夹头。
[0006]作为优选，横向移动机构包括与工作台固定的横向移动导轨、横向丝杆、横向丝杆螺母和用于驱动横向丝杆转动的第一电机，升降机构连接在横向丝杆螺母上并与横向移动导轨滑配合；第一电机与PLC控制器电连接；用丝杆机构控制机械臂的移动，运行比较平稳。所述横向移动导轨上设有左限位行程开关和右限位行程开关，左限位行程开关和右限位行程开关分别与PLC控制器电连接；通过行程开关控制运行，定位更为准确。
[0007]作为优选，所述升降机构包括连接在横向丝杆螺母上并与横向移动导轨滑配合的垂直方向移动导轨、垂直丝杆、垂直丝杆螺母和用于驱动垂直丝杆转动的第二电机，机械臂连接在垂直丝杆螺母上并与垂直方向移动导轨滑配合；第二电机与PLC控制器电连接。所述垂直方向移动导轨上设置有上限位行程开关和下限位行程开关，上限位行程开关和下限位行程开关分别与PLC控制器电连接。
[0008]与现有技术相比，本发明的优点在于:一是增设了用于盛放脱模剂的冷却桶和机械臂行程控制系统，使试件在与实际应用相近的环境中实验，能够获得更加准确的实验结果；二是通过PLC控制器控制由丝杆机构和行程开关构成的横向移动机构和升降机构以及用于驱动试件夹具旋转速度的旋转电机，能够更准确的实现实验进程的自动化控制。
[0009]作为改进，所述夹头上设有用于卡设试件的卡槽，卡槽两侧壁上设有用于与固定试件的螺钉配合的螺纹孔。安装试件比较简单，试件与夹头连接比较牢固。
[0010]作为优选，所述夹头为五个且径向圆周均匀分布。对熔融状态金属熔液的搅动比较均匀，防止熔融状态金属熔液飞溅。
[0011]作为优选，所述加热炉为电阻炉，所述坩祸为用于盛放熔融铝液的石墨坩祸；还包括热电偶探头，热电偶探头通过反馈线与电热炉控制箱电连接。
[0012]作为改进，所述机械臂的底部设有隔热棉，防止机械臂受热过渡有导致损坏。
[0013]本发明所要解决的另一技术问题是提供一种与上述实验设备相应的实验方法。
[0014]用于制作压铸模具的金属材料的热疲劳试验方法包括以下具体步骤，先将一组试件固定在试件夹具的夹头上；然后在PLC控制器上设置各种参数，包括加热炉的温度、试件在熔融状态金属熔液中的受热时间、旋转电机的转速、第一电机的转速、第二电机的转速、试件在脱模剂中的冷却时间以及试件在熔融状态金属熔液中的受热与在脱模剂中的冷却的循环次数；接着由上述的试验设备开始运行，通过机械臂行程控制系统使试件在熔融状态金属熔液中的受热与在脱模剂中的冷却之间循环，在达到设定的循环次数时设备停止运行；取下试件后，比较分析这组试件的实验结果。
【附图说明】
[0015]图1为本发明实验设备的正视立体结构示意图。
[0016]图2为本发明实验设备的后视立体结构示意图。
[0017]图3为本发明试件夹具与试件的结构示意图。
[0018]图中所示:1、工作台，2、加热炉，3、坩祸，4、机械臂，5、试件夹具，5.1、夹头，5.1.1、卡槽，5.1.2、螺纹孔，6、传动轴，7、旋转电机，8、冷却桶，9、PLC控制器，10、隔热棉，11、横向移动导轨，12、第一电机，13、左限位行程开关，14、右限位行程开关，21、垂直方向移动导轨，
22、第二电机，23、上限位行程开关，24、下限位行程开关，25、移动底座，26、支撑板，41、热电偶探头，42、反馈线，43、电热炉控制箱，100、试件。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0020]本优选实施例如图1至图3所示为一种用于制作压铸模具的金属材料的热疲劳试验设备，包括工作台1、加热炉2、机械臂4、机械臂行程控制系统、试件夹具5、传动轴6和与传动轴6连接的用于驱动试件夹具5旋转的旋转电机7，加热炉2内设有用于盛放熔融状态金属熔液的坩祸3，传动轴6通过轴承(图中未示出)与机械臂4枢接；还包括用于盛放脱模剂的冷却桶8 ;机械臂行程控制系统包括用于控制机械臂4在加热炉2与冷却桶8之间移动的横向移动机构、用于控制机械臂4垂直上下的升降机构和PLC控制器9，横向移动机构、升降机构和旋转电机7分别与PLC控制器9电连接；机械臂4通过升降机构和横向移动机构与工作台I连接；试件夹具5与传动轴6可拆式连接且设有多个夹头5.1o
[0021]横向移动机构具体包括与工作台I固定的横向移动导轨11、横向丝杆(图中未示出)、横向丝杆螺母(图中未示出)和用于驱动横向丝杆转动的第一电机12，升降机构连接在横向丝杆螺母上并与横向移动导轨11滑配合；第一电机12与PLC控制器9电连接。横向移动导轨11上设有左限位行程开关13和右限位行程开关14，左限位行程开关13和右限位行程开关14分别与PLC控制器9电连接。升降机构具体包括连接在横向丝杆螺母上并与横向移动导轨11滑配合的垂直方向移动导轨21、垂直丝杆(图中未示出)、垂直丝杆螺母(图中未示出)和用于驱动垂直丝杆转动的第二电机22，机械臂4连接在垂直丝杆螺母上并与垂直方向移动导轨21滑配合；第二电机22与PLC控制器9电连接。垂直方向移动导轨21上设置有上限位行程开关23和下限位行程开关24，上限位行程开关23和下限位行程开关24分别与PLC控制器9电连接。在本实施例中，用丝杆机构和行程开关准确控制机械臂4的移动；垂直方向移动导轨21与横向丝杆螺母通过移动底座25连接，移动底座25与横向移动导轨11滑配合，且在垂直方向移动导轨21的背部加设有两块与移动底座25固定的支撑板26。
[0022]在本