温热环境通用板材成形性试验机的制作方法

专利名称：温热环境通用板材成形性试验机的制作方法
技术领域：
本实用新型一种温热环境通用板材成形性试验机，是指实现温热环境下对板料进行各种 模拟成形性能试验的装置属于板材成形性试验机。
技术背景
近年来，随着能源和环境问题的日益严重，航空航天器和汽车的轻量化问题也越来越重 要，轻质合金(如钛合金、铝锂合金、镁合金等)以及超高强钢板由于具有很高的比强度和 比刚度以及优良的使用性能，已经成为航空航天器和汽车轻量化的核心。而这些轻质合金和 超高强钢板在常温下很难成形， 一般都要采用温成形或热成形才能加工，因此板料温热成形 的研究和应用日益增加，温热环境下的板料成形性能试验研究也迫切需要，常用的板料成形 性能试验主要包括单向拉伸试验和各种模拟成形性能试验，目前国内外已有可以实现温热环 境下进行单向拉伸试验的装置，但是在温热环境下进行各种模拟成形性能试验的设备还未见 报道
实用新型内容
-
本实用新型的目的在于提供一种温热环境通用板材成形性试验机，以克服现有设备不能 实现温热环境下的板料模拟成形性能试验的不足。
本实用新型一种温热环境通用板材成形性试验机，其具体包括
(1)机械系统，具体包括主机、模座和三套可单独驱动的液压缸，即主油缸、压边 缸和顶件缸。其中，主机采用三梁四柱式结构，主油缸固定于下横梁上方，与主油缸活塞共 同组成可以实现往复运动的主活塞缸；压边缸固定于中横梁的下方，与压边缸活塞共同组成 可以实现往复运动的压边活塞缸；主油缸活塞杆同时也是顶件缸，其内部装有顶件缸活塞， 顶件安装于顶件缸活塞上部；模座包括上模座和下模座，上模座固定于加热炉上壁，下模座 位于加热炉下部。
其中，所述的主油缸活塞内部从下到上依次安装有力传感器、主油缸活塞杆及凸模；凹 模安装于上模座下方。
其中，所述的压边缸活塞从下到上依次安装有压边球形托板、压边球形垫板、压边杆、 下模座及压边圈。
其中，所述的压边缸活塞为空心结构，主油缸活塞杆从中通过，二者通过滚珠导套相配 合，以减小摩擦。
(2) 液压站，该液压站通过液压管和主机连接，为系统提供动力。
(3) 抽真空系统，具体包括机械真空泵和扩散泵，机械真空泵通过波纹管和扩散泵连 接，扩散泵进一步和加热炉连接，二者均与电气控制柜连接并通过电气控制柜上的按钮利用 开闭真空阀来进行操作控制。
其中，所述的机械真空泵及扩散泵构成两级抽真空系统，其中机械真空泵对加热炉进行 予抽真空，而扩散泵则进行高真空排气。
(4) 加热炉，是由钼(Mo)丝制成分离式笼形结构，其中三分之二固定在加热炉的腔 体内，三分之一安装于炉门上，炉门关闭时构成一个完整的同轴筒形加热区；加热炉底部设 有四个通孔，供主油缸活塞杆及压边缸的压边杆贯穿。
其中，所述的加热炉的保温屏，由多层耐热合金片组合而成，其中，里面为钼板，外面 为不锈钢板组合而成，保温效果好，对工作区无污染，且便于清洗和安装维护。
其中，所述的加热炉内于不同位置处可进一歩设置有热电偶，以采集不同部位的温度， 以控制炉温使之均匀。
其中，所述的加热炉与主油缸活塞杆、压边杆配合部分设置有O形密封圈。
(5) 冷却系统，包括冷却箱、风冷循环系统和水冷循环系统；其中冷却箱通过多股塑料 冷却管道和加热炉、风冷循环管道连接，通过冷却箱里面的水泵加一定的压力使冷水进入加 热炉的炉壳、电极及风冷循环管道的管壁并最终回流至冷却箱，从而构成水冷循环系统；冷 却箱力得水靠空调室外机进行冷却。其中，风冷循环管道与加热炉及离心风机构成封闭的风 冷循环系统。
(6) 检测控制系统，包括工控机、液晶显示器、电气控制柜、晶闸管调压器、压边力传 感器、力传感器等组成。其中，工控机通过电缆与主机、电气控制柜连接，对整个试验机的 运行进行自动控制；晶闸管调压器通过电缆和电气控制柜、加热炉连接，电气控制柜通过各 种电缆和主机、晶闸管调压器、加热炉、机械真空泵及扩散泵连接，通过采集加热炉内热电 偶的温度，然后控制晶闸管调压器输出的电流大小，从而控制加热炉的温度。压边力传感器 通过高压管与压边缸内液压油相通，测量压边缸内部液体压力，力传感器安装在主油缸活塞 下部，直接测量活塞杆上部的凸模承受的载荷大小。
本实用新型一种温热环境通用板材成形性试验机，其优点及功效在于能够方便实现温 热环境下金属板料的各种成形性能试验，为板料成形加工提供完备的试验数据；该装置可以 在室温-13irC、真空度最高达10—3Pa工作压力下完成杯突试验、拉深试验、扩孔试验、锥杯 试验、凸耳试验、刚模胀形试验等。


图1是本实用新型的温热环境通用板材成形性试验机结构图, 图中具体标号如下
I. 冷却箱 2.液压站 6主油缸活塞杆(顶件缸)
II. 凸模 12.上横梁 16.上模座 17.凹模
4.主油缸活塞 8.顶件 9.压边杆 14.主机 19.压边圈
3.下横梁 7.顶件缸活塞 13.螺母 18.加热元件
21.压边球形垫板22.压边球形托板23.中横梁24.压边缸活塞 26.压边缸 27.力传感器28.主油缸 29.工控机
31电气控制柜32晶闸管调压器33.机械真空泵34扩散泵 36风冷循环管道
5.压边力传感器 10、立柱 15.加热炉 20.下模座 25滚珠导套 30液晶显示器 35离心风机
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的技术方案做进一步的说明。
如图1所示，本实用新型一种温热环境通用板材成形性试验机，其具体包括
主机14由下横梁3、中横梁23、上横梁12、四个立柱10以及若干螺母13组成框架，主油缸 28安装于下横梁3上面，与主油缸活塞4共同组成可以实现往复运动的主活塞缸，主油缸活塞4 内部从下到上依次安装有力传感器27、主油缸活塞杆6、凸模ll;压边缸26按安装于中横梁23 下面，与压边缸活塞24共同组成可以实现往复运动的压边活塞缸，压边缸活塞24从下到上依 次安装有压边球形托板22、压边球形垫板21、压边杆9、下模座20、压边圈19，压边力传感器 5为压力传感器，通过高压管与压边缸内部的液压油相通，压边缸活塞24为空心结构，主油缸 活塞杆6从中通过，二者通过滚珠导套26相配合以减小摩擦；顶件缸6同时也是主油缸活塞杆， 其内部装有顶件缸活塞7，顶件8安装于顶件缸活塞7上部。
在图1中，冷却箱l通过多股塑料冷却管道和加热炉、风冷循环管道36连接，通过冷却箱 里面的水泵加一定的压力使冷水进入加热炉的炉壳、电极以及风冷循环管道36的管壁并最终 循环回至冷却箱，冷却箱里的水靠空调室外机进行冷却。
在图1中，晶闸管调压器32通过电缆和电气控制柜31、加热炉15连接，电气控制柜通过采 集加热炉内热电偶的温度，然后控制晶闸管调压器输出的电流大小，从而控制加热炉的温度。 为了使炉温均匀，在加热炉内分别设置了三个热电偶采集不同部位的温度，以控制炉温使之 均匀。
在图1中，机械真空泵33通过波纹管和扩散泵34连接，扩散泵和真空炉连接，构成两级抽
真空系统，其中机械真空泵对炉体进行予袖真空，而扩散泵则进行高真空排气，所有的控制 均通过电气控制柜31上面的按钮通过开闭真空阀来进行操作。
在图l中，风冷循环管道36与加热炉15、离心风机35构成封闭循环系统，当实验结束后需 要对加热炉冷却时，打开充气阀将惰性气体充满该循环系统，达到设定压力时充气阀自动关 闭，启动离心风机35开始对风冷循环系统进行气体强制循环，将冷却后的气体吹入炉内，热 风经热交换器冷却后再吹入炉内，如此不断循环使炉内快速降温。
在图1中，加热炉15由钼(Mo)丝制成分离式笼形结构。其中三分之二固定在腔内，三 分之一装在门上，炉门关闭时两半加热器组成一个完整的同轴筒形加热区，且钼丝要容易更 换。加热炉15的保温屏由5层耐热合金片组合而成，其中，里面两层为钼板，外面三层为不锈 钢板组合而成，保温效果好，对工作区无污染，且便于清洗和安装维护。
在图l中，液压站2通过液压管和主机14连接，为主机提供动力。
在图1中，工控机29通过各种电缆和主机14、电气控制柜31连接，对整个实验机的运行进 行自动控制。
在图1中，电气控制柜31通过各种电缆和主机14、晶闸管调压器32、加热炉15、机械真空 泵33、扩散泵34连接，将工控机传來的信号发送到试验机各个部分对实验机的运行进行自动 控制。
工作时，首先将试件放置于压边圈19上，然后对加热炉15进行抽真空，当达到预定的真 空度时，开始加热，温度到达设定值且保温一段时间后，压边圈19上行，将试件以预定的压 力压紧，然后凸模ll上行，使试件成形，成形后，活塞杆6带动凸模11下行，然后压边缸26 带动压边圈19下行，停止加热，关闭真空泵，打开充气阀，冲入保护气体，开启风冷循环系 统，对加热炉包括模具和试件进行冷却，当炉内温度降到110度以下时，打开炉门，取出试件， 一次试验结束。
由于加热炉15既要保证一定的真空度和温度，而且主油缸活塞杆6和压边杆9在实验时要 运动，即主油缸活塞杆6和压边杆9贯穿加热炉15底部，为实现加热炉15在高温、高真空下的 动密封，加热炉15和主油缸活塞杆6、压边杆9配合的部分采用0形密封圈，同时主油缸活塞 杆6和压边杆9内部通以冷却水，以保证主油缸活塞杆6和压边杆9进入高温炉内时温度不致很 高，保护O形密封圈不被高温损坏。
权利要求1、一种温热环境通用板材成形性试验机，其特征在于该试验机具体包括(1)机械系统，具体包括主机、模座和三套可单独驱动的液压缸，即主油缸、压边缸和顶件缸；其中，主机采用三梁四柱式结构，主油缸固定于下横梁上方，与主油缸活塞共同组成可以实现往复运动的主活塞缸；压边缸固定于中横梁的下方，与压边缸活塞共同组成可以实现往复运动的压边活塞缸；主油缸活塞杆同时也是顶件缸，其内部装有顶件缸活塞，顶件安装于顶件缸活塞上部；模座包括上模座和下模座，上模座固定于加热炉上壁，下模座位于加热炉下部；(2)液压站，该液压站通过液压管和主机连接；(3)抽真空系统，具体包括机械真空泵和扩散泵，机械真空泵通过波纹管和扩散泵连接，扩散泵进一步和加热炉连接，二者均与电气控制柜连接并通过电气控制柜上的按钮利用开闭真空阀来进行操作控制；(4)加热炉，是由钼丝制成分离式笼形结构，其中三分之二固定在加热炉的腔体内，三分之一安装于炉门上，炉门关闭时构成一个完整的同轴筒形加热区；加热炉底部设有四个通孔，供主油缸活塞杆及压边缸的压边杆贯穿；(5)冷却系统，包括冷却箱、风冷循环系统和水冷循环系统；其中冷却箱通过多股塑料冷却管道和加热炉、风冷循环管道连接，从而构成水冷循环系统；其中，风冷循环管道与加热炉及离心风机构成封闭的风冷循环系统；(6)检测控制系统，包括工控机、液晶显示器、电气控制柜、晶闸管调压器、压边力传感器、力传感器等组成；其中，工控机通过电缆与主机、电气控制柜连接；晶闸管调压器通过电缆和电气控制柜、加热炉连接，电气控制柜通过各种电缆和主机、晶闸管调压器、加热炉、机械真空泵及扩散泵连接；压边力传感器通过高压管与压边缸内液压油相通，力传感器安装在主油缸活塞下部。
2、 根据权利要求l所述的一种温热环境通用板材成形性试验机，其特征在于所述的主油缸 活塞内部从下到上依次安装力传感器、主油缸活塞杆及凸模；凹模安装于上模座下方。
3、 根据权利要求l所述的一种温热环境通用板材成形性试验机，其特征在于所述的压边缸 活塞从下到上依次安装压边球形托板、压边球形垫板、压边杆、下模座及压边圈。
4、 根据权利要求l所述的一种温热环境通用板材成形性试验机，其特征在于所述的压边缸1 活塞为空心结构，主油缸活塞杆从中通过，二者通过滚珠导套相配合。
5、 根据权利要求1所述的一种温热环境通用板材成形性试验机，其特征在于所述的加热炉 的保温屏，由多层耐热合金片组合而成，其中，里面为钼板，外面为不锈钢板组合而成。
6、 根据权利要求1所述的一种温热环境通用板材成形性试验机，其特征在于所述的加热炉 内于不同位置处可进一步设置有热电偶。
7、 根据权利要求1所述的一种温热环境通用板材成形性试验机，其特征在于所述的加热炉 与主油缸活塞杆、压边杆配合部分设置有O形密封圈。
专利摘要本实用新型是实现温热环境及真空状态下对板料进行各种模拟成形性能试验的装置，由机械系统、液压站、加热炉、冷却系统、抽真空系统、检测控制系统组成。主机系统采用三梁四柱式机构，试验时加热炉既保证炉内为真空，同时对模具和试件加热，凸模和压边杆与加热炉底部采用动密封，以保证在动作时炉腔内的真空度不降低，冷却系统可以保证炉壳、凸模、压边杆、电极等部位不随加热炉内温度升高，检测控制系统负责采集试验各参数，同时控制试验自动进行。该装置可以在室温-1311℃、真空度最高达10^-3Pa工作压力下完成杯突试验、拉深试验、扩孔试验、锥杯试验、凸耳试验、刚模胀形试验等。
文档编号G01N3/00GK201203555SQ200820108648
公开日2009年3月4日 申请日期2008年6月5日 优先权日2008年6月5日
发明者敏 万, 吴向东, 周应科 申请人:北京航空航天大学