[发明专利]塑性变形状态下接触导热系数测量装置及测量方法

说明书

一种塑性变形状态下接触导热系数测量装置及测量方法，包括：万能材料试验机以及设置于其上下砧板内的散热装置、试样装置和加热装置，其中：试样装置中设有与万能材料试验机相连的压力传感器和位移传感器用于获取试样装置的载荷与位移信息，试样装置外部设有隔热层。本发明通过材料万能试验机控制位移并施加载荷使试样发生塑性变形，通过在试样固定位置点安装热电偶，并记录稳态传热下试样固定位置点的温度，并根据这些位置点的温度来计算当前状态下的接触导热系数。

技术领域

本发明涉及的是一种接触导热系数测量领域的技术，具体涉及一种用于测量塑性成形工况下接触导热系数的装置和测量方法，用以构建塑性变形过程中接触导热系数与接触应力和温度之间的关系。

背景技术

对于金属零件塑性成形，温度场是影响成形质量的一个重要因素。模具温升带来的热变形，会影响成形零件的精度，且温升会加重模具的磨损，降低模具寿命。获取准确的模具温度场，对提高成形零件尺寸精度和延长模具寿命有着重要意义。目前，对于模具温度场的分析方法，主要采用红外测温、内置热电偶和数值模拟等手段，其中：红外测温适用于表面温度的测定；内置热电偶适用于模具内部的温度测定，但对于接触表面温度测量的适用性有限；数值模拟方法是一种行之有效的可预测模具整体温度场的测量方式，但在塑性成形过程中，接触导热系数会随着接触面的接触应力、粗糙度和温度等诸多因素变化，由此给接触导热系数测量带来很多问题。设计一套能够适用于零件塑性成形工况的接触导热系数测量装置对于准确预测塑性成形过程中的温度场有着重要的意义。

发明内容

本发明针对现有利用有限元进行塑性成形过程的温度场预测，需给定围绕传热学的相关参数而其难以确定的问题，提出一种塑性变形状态下接触导热系数测量装置及测量方法，通过材料万能试验机控制位移并施加载荷使试样发生塑性变形，通过在试样固定位置点安装热电偶，并记录稳态传热下试样固定位置点的温度，并根据这些位置点的温度来计算当前状态下的接触导热系数。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种塑性变形状态下接触导热系数测量装置，包括：万能材料试验机以及设置于其上下砧板内的散热装置、试样装置和加热装置，其中：试样装置中设有与万能材料试验机相连的压力传感器和位移传感器用于获取试样装置的载荷与位移信息，试样装置外部设有隔热层。

所述的散热装置包括：散热均热板和散热块，其中：散热块设置于试验机下砧板上，散热均热板置于散热块和试样装置之间并置于隔热层之间。

所述的加热装置包括：加热盘、加热均热板与智能温控器，其中：加热盘置于隔热层上加热均热板置于加热盘和试样装置之间并置于隔热层之间；智能温控器与加热盘中热电偶相连，监控加热盘温度。

所述的隔热层为聚氨酯橡胶与石棉双层结构。聚氨酯橡胶有较好的弹性，具有退让性，不影响变形体发生塑性变形。橡胶内设有阶梯孔，孔内径分别与塑性体和刚性体直径相同，保证试样接触的对中性。同时，橡胶与试样热电偶安装孔对应位置加工直径为2.1mm的孔，以保证热电偶安装。为加强绝热效果，聚氨酯橡胶外圈用石棉材料包裹。

所述的试样装置近似一维传热，其选用圆柱形试样并采取一端加热一端散热方式以保证其热量传递方向沿圆柱体轴向，试样装置与加热装置和散热装置之间均设有均热板，避免由加热或散热板上温度不均匀所引起的误差；用于对试样侧面进行保温处理的隔热层能够减小侧面热量损失，使得热量传热主要沿轴线方向。

为模拟塑性成形过程中凸模与变形体的接触，接触导热系数测量中所述的试样装置分别以刚性体A和塑性体B材料，来匹配塑性成形过程中的凸模和变形体材料，其中：刚性体A直径为15mm、塑性体B直径为30mm，试样高度均为50mm，每个试样在长度方向上均布四个热电偶安装孔，孔径为热电偶直径2mm，孔深为试样半径加5mm，热电偶传感器测量位置距探头顶端约5mm，由此保证热电偶测量位置为试样轴线位置温度。

本发明涉及一种基于上述测量装置的检测方法，包括以下步骤：