模具修复锤击力测试装置及方法与流程

本发明涉及模具修复技术领域，尤其涉及一种模具修复锤击力测试装置及方法。

背景技术：

近年来，模具应用领域的不断扩大、已应用领域对模具提出的更多和更高要求，使模具工业发展速度，快于其他制造业的发展速度已成为普遍规律，目前世界模具市场供不应求，近几年，市场总量一直在600～650亿美元之间，而我国模具出口尚不到8％，“十一五”期间完全可以扩大这个份额，同时随着经济全球化发展趋势日趋明显，模具制造业逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购趋向日趋明显，外资和民营资本继续看好我国模具行业，我国模具行业机遇大于挑战，未来国际模具市场前景广阔，我国模具仍有较大发展空间。

模具在现代工业中具有极其重要的作用，它的质量直接决定产品的质量。提高模具的使用寿命和精度，缩短模具的制造周期，是许多企业急需解决的技术问题，但在模具使用过程中经常会出现塌角、变形、磨损、甚至折断等失效形式。尤其是在模具凹槽和突起处产生的疲劳裂纹最为常见和普遍。因此，对模具的修复也是必要的。修复模具的方法很多，如电火花工艺、氩弧焊修复、激光堆焊技术、电刷镀方法。

氩弧焊修复：利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源，由焊炬喷嘴喷出的气体保护电弧来进行焊接的。目前氩弧焊是常用的方法，可适用于大部分主要金属，包括碳钢、合金钢。熔化极惰性气体保护焊适用于不锈钢、铝、镁、铜、钛、锆及镍合金，由于价格低，被广泛用于模具修复焊，但焊接热影响面积大、焊点大等缺点，目前在精密模具修补方面已逐步补激光焊所代替。

激光焊是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接。这种焊接方法通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊优点是不需要在真空中进行，缺点则是穿透力不如电子束焊强。激光焊时能进行精确的能量控制，因而可以实现精密器件的焊接。它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。目前已广泛用于模具的修复。

模具修复后不可避免的会出现残余应力，如果不加以消除，在以后的服役环境中就会降低模具的使用寿命。因此一般在模具修复都会进行消除应力处理。锤击法作为一种常用且便捷的手段被工人师傅广泛应用。锤击法是指用锤头轻击模具修复区域的焊缝及其周边区域，从而改变修复区域的应力状态，减少残余拉应力；甚至产生表面压应力。大量研究表明，通过锤击可以细化修复区域焊缝组织晶粒，抑制裂纹的萌生及发展，提高模具的使用寿命。

目前为止锤击消除模具修复残余内应力，并不能很准确的去测试锤击力大小，尤其是针对模具凹槽、拐角、凸起等非平面处的锤击力就更不容易测量了，这样就使得自动锤击的锤击力不好控制，进而使得锤击消除残余应力的效果较差。

技术实现要素：

本发明所要解决的一种技术方案是：提供一种能准确测量锤击力的模具修复锤击力测试装置。

本发明所采用的一种技术方案是：一种模具修复锤击力测试装置，它包括控制器、底板、一端转动连接在底板一端的前板、设置在前板上的安装孔、设置在安装孔内用于测试锤击力的压力传感器、设置在前板远离底板一端面上且与压力传感器测试一端接触的角架垫块、设置在角架垫块上的角架支撑块、设置在角架支撑块上用于直接接受锤击力的受力角架、设置在前板靠近底板一端面上且与压力传感器另一端接触用于固定传感器的传感器固定座、抵住传感器固定座的垫块以及设置在底板上用于抵住垫块进而吸收锤击力测试时产生的锤击力的减震块，且所述受力角架包括两块转动连接的受力块，且所述压力传感器与控制器电连接。

它还包括与底板另一端转动连接的后板，且所述前板与底板之间设有第一调节支架，所述前板与后板之间设有第二调节支架。

所述底板以及后板上均设有用于方便固定的电磁铁。

所述角架支撑块、角架垫块、前板以及传感器固定座依次通过固定螺钉锁紧，所述两块受力块分别通过固定螺钉与角架支撑块锁紧，且所述传感器固定座远离压力传感器一端设有固定销，且所述垫块上设有供固定销伸入限位的定位孔，且所述减震块上设有供垫块嵌入固定的凹槽。

所述受力角架、角架支撑块以及角架垫块的材料均与需要修复的模具材料相同。

所述减震块上设有多个减震孔。

采用以上结构，本发明具有以下优点：本发明利用设计的锤击减震装置，正确模拟实际模具修复锤击过程，利用传感器采集锤击力数据，得到实际的锤击力大小，并且锤击所处的状态均与实际锤击状态相同，即锤击处的角度与实际锤击处的角度相同，以及锤击的方向也是相同的，使得测得的锤击力更加准确，而且设置了多种减震结构，这样可以吸收锤击产生的锤击力，放置出现回震，即防止传感器检测到的锤击力受回震影响，使得测得的锤击力更加准确。

这样设置，可以通过第一调节支架以及第二调节支架方便的调整前板以及后板与底板之间的角度，这样调节比较方便。

在底板以及后板上设置电磁铁，这样能更好的将整个测试装置固定，锤击时也不容易发生位移，进而使得测得锤击力更加准确。

通过角架垫块与传感器固定座将压力传感器固定在前板的安装孔内，这样传感器能被很好的限位固定，并且锤击力也能较好的从角架垫块上传递过来，并且将垫块与传感器固定座之间通过固定销固定，结构比较简单，且固定效果较好，且通过凹槽将垫块限位，这样结构简单，而且能很好的限位垫块。

将受力角架、角架支撑块以及角架垫块的材料做的与模具相同，这样能使测得的锤击力更加接近实际的锤击力，进而使得锤击力的测试更加准确。

在减震块上设置多个减震孔，这样减震块的减震效果更好，进而使得回震对锤击力的测试影响更小，即使得锤击力的测试更加准确。

本发明所要解决的另一个技术问题是：提供一种能准确测量锤击力的模具修复锤击力测试方法。

本发明所采用的另一个技术方案是：一种模具修复锤击力测试方法，它包括以下步骤：

(1)、根据待修复模具的材料选择受力角架、角架支撑块以及角架垫块，并且根据待修复模具的实际锤击处的夹角调整受力角架两个受力块之间的角度，并且根据受力角架的角度选择合适的角架支撑块，接着先将角架垫块、传感器以及传感器固定座固定，然后将角架支撑块以及受力角架固定；

(2)、通过调整第一调节支架来调节前板与底板之间的角度，使得受力角架的角平分线与待修复模具的实际锤击处的角平分线平行；

(3)、根据步骤2得到的前板位置选择合适的减震块，然后调节第二调节支架来调节后板与底板之间的角度，使得减震块能被很好的夹紧固定；

(4)、通过设置在底板或者后板上的电磁铁将整个测试装置固定，之后锤击受力角架，此时控制器会采集压力传感器接收到的锤击力，得到此次锤击的锤击力大小。

所述步骤3中选择合适的减震块还需要考虑到大致锤击力的大小，

若锤击力小于1KN时，则选择减震孔为3个的减震块；

若锤击力为1-3KN时，则选择减震孔为5个的减震块；

若锤击力大于3KN时，则选择减震孔为8个的减震块；

且所述减震块的形状则根据前板与底板之间的角度以及后板与底板之间的角度来确定。

所述步骤4中锤击受力角架时的锤击力作用时间大于传感器的响应时间。

采用以上方法与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过先调节模具修复锤击力测试装置，使得其与模具的实际锤击处状态基本相同，即角度、朝向、材料等都与实际锤击处基本相同，这样模拟锤击时传感器测得的锤击力更加准确。

并且将减震块上的减震孔的数量与预估的锤击力的相匹配，这样能选择更加适合的减震块来进行减振，进而使得这个回震的影响对测得的锤击力更小，而且根据前板与底板之间的角度以及后板与底板之间的角度来选择减震块的形状，使得减震块安装好之后不会出现空隙或者抖动等情况，进而使得测得的锤击力更加准确。

这样设置能防止因为锤击频率太快而导致的锤击力测试不准确的情况发生。

附图说明

图1为本发明模具修复锤击力测试装置的结构示意图。

图2为本发明模具修复锤击力测试装置中前板的结构示意图。

图3为本发明模具修复锤击力测试装置中受力角架的结构示意图。

图4为本发明模具修复锤击力测试装置侧面示意图。

图5为图4中A处的放大图。

如图所示：1、底板；2、前板；3、安装孔；4、压力传感器；5、角架垫块；6、角架支撑块；7、受力角架；8、传感器固定座；9、垫块；10、减震块；11、受力块；12、后板；13、第一调节支架；14、第二调节支架；15、电磁铁；16、固定销；17、减震孔。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述，但是本发明不仅限于以下具体实施方式。

一种模具修复锤击力测试装置，它包括控制器、底板1、一端转动连接在底板1一端的前板2、设置在前板2上的安装孔3、设置在安装孔3内用于测试锤击力的压力传感器4、设置在前板2远离底板1一端面上且与压力传感器4测试一端接触的角架垫块5、设置在角架垫块5上的角架支撑块6、设置在角架支撑块6上用于直接接受锤击力的受力角架7、设置在前板2靠近底板1一端面上且与压力传感器4另一端接触用于固定传感器的传感器固定座8、抵住传感器固定座8的垫块9以及设置在底板1上用于抵住垫块9进而吸收锤击力测试时产生的锤击力的减震块10，且所述受力角架7包括两块转动连接的受力块11，且所述压力传感器4与控制器电连接。

它还包括与底板1另一端转动连接的后板12，且所述前板2与底板1之间设有第一调节支架13，所述前板2与后板12之间设有第二调节支架14。

所述底板1以及后板12上均设有用于方便固定的电磁铁15。

所述角架支撑块6、角架垫块5、前板2以及传感器固定座8依次通过固定螺钉锁紧，所述两块受力块11分别通过固定螺钉与角架支撑块6锁紧，且所述传感器固定座8远离压力传感器一端设有固定销16，且所述垫块上设有供固定销16伸入限位的定位孔，且所述减震块10上设有供垫块嵌入固定的凹槽。

所述受力角架7、角架支撑块6以及角架垫块5的材料均与需要修复的模具材料相同。

所述减震块10上设有多个减震孔17。

前板：前板主要为受力角架，角架支撑块，角架垫块，压力传感器，传感器固定座的安装固定板，通过连接轴与底板连接，通过第一调节支架固定。材料为高强度结构钢。

后板：后板上有电磁铁，可对装置固定，保证装置的稳定性，其上的第二调节支架固定前板，通过连接轴与底板连接。材料为高强度结构钢。

底板：功能作用与后板相同。材料为高强度结构钢。

第一调节支架：分别固定在前板、底板之间，长度可调节，以此改变前板的角度，并对前板进行刚性固定。

电磁铁：分别固定在底板与后板上，对整个装置进行固定。

连接轴：分别连接前板与底板，后板与底板，使得三个板的相对角度可调节。

减震块：减震块材料为泡沫铝(密度小、吸收冲击能力强、易加工、易安装、成形精度高)，上面有减震孔吸收锤击力测量时产生的冲击能，减小结构的震动。减震孔的数量根据锤击的大小而确定。锤击力小于1KN时，减震孔为3个；锤击力为1-3KN时，减震孔为5个；锤击力大于3KN时，减震孔为8个。减震块大小和型号要根据测试装置的后板、前板以及底板之间角度，进行更换。

垫块：垫块上有定位孔通过固定销与传感器固定座连接固定，并由减震块凹槽固定，限定其移动。

受力角架：锤击力测量直接受力装置，受力角架的角度可通过角架转轴调节，角度调节范围为60度至150度；通过固定螺栓与角架支撑块连接固定；材料与模具材料相同。

固定螺栓：起固定连接作用，分别连接受力角架和角架支撑块，传感器固定座、前板、角架垫块和角架支撑块。

角架支撑块：受力角架的角架转轴装配在角架支撑块的凹槽中，将受力角架所受锤击力传递到压力传感器，并对压力传感器起到保护作用。

角架转轴：受力角架的角度调节机构，角度调节范围为60度至150度，并连接固定受力角架的两块受力块。

减震孔：在减震块上，吸收锤击力测量时产生的锤击力，减小结构的震动。

角架垫块：由上下两部分做成，分别有各种角度型号，以此与受力角架的各种角度相适应，并通过固定螺栓与受力角架、传感器固定座、前板、角架垫块连接固定。

传感器固定座：传感器定位固定装置，上面有固定销连接固定垫块。主要起固定连接作用。

固定销：一端固定在传感器固定座上，垫块上有定位孔，对垫块起连接固定作用。

压力传感器：锤击力数据采集的核心构件，可将锤击力压力信号转换成电压信号，经信号放大器放大后，输入计算机进行分心处理。

一种模具修复锤击力测试方法，它包括以下步骤：

(1)、根据待修复模具的材料选择受力角架、角架支撑块以及角架垫块，并且根据待修复模具的实际锤击处的夹角调整受力角架两个受力块之间的角度，并且根据受力角架的角度选择合适的角架支撑块，接着先将角架垫块、传感器以及传感器固定座固定，然后将角架支撑块以及受力角架固定；

(2)、通过调整第一调节支架来调节前板与底板之间的角度，使得受力角架的角平分线与待修复模具的实际锤击处的角平分线平行；

(3)、根据步骤2得到的前板位置选择合适的减震块，然后调节第二调节支架来调节后板与底板之间的角度，使得减震块能被很好的夹紧固定；

所述步骤(3)中选择合适的减震块还需要考虑到大致锤击力的大小，

若锤击力小于1KN时，则选择减震孔为3个的减震块；

若锤击力为1-3KN时，则选择减震孔为5个的减震块；

若锤击力大于3KN时，则选择减震孔为8个的减震块；

且所述减震块的形状则根据前板与底板之间的角度以及后板与底板之间的角度来确定；

(4)、通过设置在底板或者后板上的电磁铁将整个测试装置固定，之后锤击受力角架，此时控制器会采集压力传感器接收到的锤击力，得到此次锤击的锤击力大小。

所述步骤(4)中锤击受力角架时的锤击力作用时间大于传感器的响应时间。

且这个测试装置组装完之后，可以进行单点、多点锤击测量锤击力；然后利用分析软件对采集到的锤击力数据进行分析、处理：

1、根据第二步采集到的锤击力数据，利用数据分析软件进行处理，进行处理前，考虑到其他无关因素的影响，需进行编制程序滤掉杂相。

2、数据的呈现形式可以采用波形、Excel、写入文件等。同时采集数据时需设置合理的显示范围，避免出现显示失真。

3、分析软件采集到的数据需进行信号形式的转换，必须编制合适的转换程序与计算公式。使得分析软件呈现的是采集的真实值。

4、设置合适的数据采集频率与采样量，避免丢失锤击力的有效数据。

5、在分析软件中编制数据实时显示程序，以便于对采集机构进行及时调整，降低误差。

详细介绍采集流程：

一锤击力信号—传感器

锤击时产生的力信号，经传感器转变成电压信号。此过程称为压电转变。这是锤击力采集的关键。锤击时由于实际锤击的材料不同，会导致锤击力施加时间以及卸载时间的不同，这会影响锤击力有效数据的采集。如果锤击力卸载过快，受传感器采集灵敏度的限制，就会出现数据的丢失。因此在连接传感器时需注意以下几点：

1.将传感器安装在传感器固定座的凹槽内，并将角架垫块安装在传感器上表面。

2.固定传感器，安装螺栓。确保传感器在锤击时不发生位移。防止数据的丢失。

3.根据修复模具的实际材料，更换传感器固定、减震装置的支撑脚的材料。使得锤击时锤击力得到缓冲，防止锤击力卸载过快，超过传感器的相应时间，锤击力数据采集不到。

4.减震装置的减震作用，可通过更换减震块，也可通过更换传感器间接锤击表面的材料来实现。

5.传感器的响应时间取决于传感器自身的灵敏度，其固有频率为40KHz左右，因此在数据采集时，锤击力的作用时间必须大于传感器的响应时间。

二.传感器——采集卡(数据缓存)

锤击力信号经传感器转变后，由信号放大器放大信号，然后缓存入采集卡。采集卡设有多个模拟量输入通道，可选择差分或单端输入。

每个模拟量输入通道采样频率可达100KS/s、12位分辨率及2500V(DC)的直流隔离保护。每个输入通道的增益可编程，卡上设有4K采样FIFO缓冲器。能满足数据采集量的需求，保证有足够的采样数。这是数据分析处理的前提。数据采集接线时，输入通道数量、位置的确定主要依靠接线引脚。可在接线引脚上进行连线，决定单通道采或者多通道采集。本发明专利中根据实际需求采用单通道采集。

三.采集卡——计算机

采集卡采集的锤击力数据，最终会输入计算机，进行分析处理。本专利中采用LabView数据处理软件。在采集数据之前，需对采集频率、采样数、数据类型、输入信号的量程进行设置。为了确保采样点的有效性及可靠性需满足一下要求：

1.采样频率必须足够大，一般要大于传感器的固有频率。

2.采样数必须合理，采样数设置需考虑滤波程序的要求，采样数不合理会导致数据波形失真。影响后序数据处理。

3.输入通道的量程设置要依据采集的锤击力范围，量程过大会出现数据无法采集等状况。

4.采样通道的设置需根据实际的采集连线结构，再确定采集开始的通道，以及要扫描的通道数量。

5.采集时在电压信号浮动等的干扰下，数据波形图中会出现杂波，影响实际锤击力数据的分析，因此需设计滤波程序。

6.计算机采集的数据是传感器转换的电压信号，因此需在数据分析处理时设计转换程序，使波形图显示的是实测锤击力大小。显示锤击作用位置，以及锤击处各个点的力的大小和方向，分析判断锤击力的作用效果。

7.为直观的显示锤击力的采集数据，需编制程序将数据写入Excel表格。

8.锤击力数据的量化，需根据实际模拟软件的模拟结果，以及对焊接区域锤击后残余应力的测量。