热机疲劳试验方法及使用该方法的热机疲劳试验机

摘要

本发明涉及一种热机疲劳试验方法及使用该方法的热机疲劳试验机，热机疲劳试验机包括机架，机架上设置有用于安装模拟凸模的凸模安装座、用于安装模拟凹模的凹模安装座和用于驱动凹模安装座与凸模安装座产生相对运动以使模拟凸模和模拟凹模对坯料施压的驱动装置，试验机还包括用于对坯料加热的加热装置、用于向加热装置连续送料的供料装置、用于将加热后的坯料送入模拟凸模和模拟凹模之间和用于将受压完成的坯料从模拟凸模和模拟凹模之间卸下的上下料装置，满足了坯料的实际成型过程中，先加热，而后移动到模具上，并通过凹模和凸模的相互挤压作用成型，完整而有效的满足了热作模具的实际的服役工况，能够精准的测试出热作模具的热机疲劳结果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种热机疲劳试验方法及使用该方法的热机疲劳试验机。

背景技术

热作模具在工作中既受力的作用又受温度的作用。它涉及到载荷循环、温度循环、蠕变、摩擦磨损和环境效应等多种因素的影响，从而使热作模具的工作条件复杂化。而热作模具在工作时的主要失效形式之一是热机疲劳失效，热作模具在处于交变循环的热机载荷工况下，由于受到交变热应力和机械应力的共同作用，某些点（特别是热作模具工作面上的点）产生局部的永久性结构变化，在一定的循环次数之后形成热裂、撕裂、粘接或发生断裂，将会导致疲劳损坏。服役工况的复杂性，增加了对热机疲劳机理分析的难度，若在实际生产中直接对热作模具进行疲劳性能试验的检测，试验周期长，成本高，因此，提供一种准确预测热作模具热机疲劳寿命的装置就显得尤为重要。

在授权公告号为CN104568570A的中国专利文件中公开了一种热作模具材料热机疲劳试验装置，其包括动力系统、加热系统、传动系统、回复系统和控制测试系统，其中通过多个电加热管直接对热作模具进行加热，并通过冷却水使热作模具满足温度循环工况；同时通过动力系统、传动系统和回复系统使热作模具满足载荷循环的工况，并通过控制测试系统来对热作模具的温度数据信息和受力数据信息进行分析处理。但是，该试验装置中通过液压机上的冲头直接对热作模具施加压力，只能模拟热冲压过程中热作模具受载荷循环的应力，不能模拟锻模和压铸模的受载荷循环的应力变化；通过导热管对热作模具直接加热，不满足实际的生产中通过已经被加热的预成型材料与热作模具之间的热传导对热作模具进行加热；而且实际压力情况是通过热作模具中的凸模和凹模之间的相互挤压实现成型，因此其不能有效而完整的满足实际热作模具的服役工况，从而对热作模具的热机疲劳寿命做出的预测准确度效果较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热机疲劳试验方法，以解决现有技术中的试验装置由于直接通过冲头挤压模具而不能有效的满足热作模具的实际服役工况的问题；本发明的目的还在于提供一种使用该试验方法的热机疲劳试验机。

为实现上述目的，本发明热机疲劳试验方法的技术方案是：

热机疲劳试验方法，是连续地将加热后的坯料逐个地送入凸模和凹模之间并利用模拟凸模和模拟凹模逐个地施压来模拟热作模具的实际服役工况。

本发明热机疲劳试验机的技术方案是：

热机疲劳试验机包括机架，机架上设置有用于安装模拟凸模的凸模安装座、用于安装模拟凹模的凹模安装座和用于驱动凹模安装座与凸模安装座产生相对运动以使模拟凸模和模拟凹模对坯料施压的驱动装置，所述试验机还包括用于对坯料加热的加热装置、用于向加热装置连续送料的供料装置、用于将加热后的坯料送入凸模和凹模之间和用于将受压完成的坯料从凸模和凹模之间卸下的上下料装置。

加热装置为感应加热装置，感应加热装置包括设置在机架上的感应线圈及用于向感应线圈供电的电源。

供料装置包括设置在感应线圈的轴向一侧的托料机构，所述托料机构包括用于将坯料沿感应线圈轴线方向穿过感应线圈的托料杆，所述托料杆沿轴向运动的过程中具有供坯料放到托料杆上的上料位和用于将坯料穿过感应线圈实现加热的加热位。

供料装置还包括设置在机架上的供坯料成排放置以实现连续供料的输送带，所述顶推杆处于上料位时具有与输送带的输送平面平齐的顶推端。

坯料为柱状结构，各个坯料的尺寸一致。

热机疲劳试验机还包括设置在机架上的用于检测凹模安装座和凸模安装座的相对距离的光栅尺。

凹模安装座通过工作台固定在机架上，所述工作台上设置有倒T形槽，倒T形槽内卡设将凹模安装座固定的螺栓。

热机疲劳试验机还包括用于将挤压后的坯料从模拟凹模中推出的顶料机构，所述顶料机构包括设置在凹模安装座的轴向一侧的顶料杆，凹模安装座上设置有供推料杆导向穿过以将受压完成后的坯料顶出的导向孔。

热机疲劳试验机还包括检测系统，所述检测系统包括设置在凹模安装座和/或凸模安装座上的压力传感器。

检测系统还包括设置在机架上的红外测温仪和设置在凹模上的热电偶。

本发明的有益效果是：相比于现有技术，本发明所涉及的热机疲劳试验机，通过机架上设置的用于安装模拟凸模的凸模安装座、用于安装模拟凹模的凹模安装座和用于驱动凹模安装座与凸模安装座产生相对运动以使模拟凸模和模拟凹模对坯料施压的驱动装置，所述试验机还包括用于对坯料加热的加热装置、用于向加热装置连续送料的供料装置、用于将加热后的坯料送入模拟凸模和模拟凹模之间和用于将受压完成的坯料从模拟凸模和模拟凹模之间卸下的上下料装置，由此可满足坯料的实际成型过程中，先将坯料加热，而后移动到凹模和凸模之间上，并通过凹模和凸模的相互挤压作用使高温坯料成型， 完整而有效的满足了热作模具的实际的服役工况，能够精准的测试出热作模具的热机疲劳结果。

附图说明

图1为本发明的热机疲劳试验机的一个实施例结构示意图；

图2为图1的控制原理图；

图3为图1中凸凹模固定系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的热机疲劳试验机的具体实施例，如图1至图3所示，该试验机用于测试热作模具的热机疲劳影响，该试验机包括机架，机架上设置有动力系统、加热系统、凸模和凹模固定系统以及控制测试系统。其中凹模和凸模固定系统包括上下布置在机架上的位于上侧的凸模安装座1和位于下侧的凹模安装座2，在凸模安装座1上安装有模拟凸模9，在凹模安装座2上安装有模拟凹模8，机架包括工作台27和设置在工作台27上的导柱6，导柱6有布置在凸模安装座1和凹模安装座2四周的上下延伸的四根，导柱6具有良好的刚度和强度，能够起到精确的导向作用，机架还包括设置在导柱6的上端的上模板3和设置在导柱6的下端的下模板4，所述上模板3上设置有驱动凸模安装座1向下移动的挤压液压机7。凸模安装座1与挤压液压机7之间设置有中模板5，所述中模板5的板面上沿上下方向延伸设置有与导柱6匹配的导向孔，凸模安装座1通过中模板5与导柱6的导向配合实现上下导向移动。凹模安装座2通过固定螺母31和固定螺栓32固定在工作台27上，具体的为在工作台27上设置有十字交叉的倒T形槽30，T形槽30与凹模安装座2配合，通过固定螺栓32固定，工作台27与下模板4之间设置有隔热板23。

该试验机还包括用于对坯料加热的加热装置，加热装置设置在机架上的轴线上下延伸的感应线圈10，加热装置还包括与感应线圈10电连接的高频电源。

所述热机疲劳试验机还包括供料装置，供料装置包括设置在机架上位于感应线圈的下方的托料机构，托料机构包括设置用于将待挤压坯料沿感应线圈轴线方向穿过感应线圈的托料杆11，托料杆11的下侧设置有用于驱动托料杆11上下移动穿过感应线圈10的托料电机12，且托料杆11在托料电机12的驱动下能够上升至托料杆11的上端面高于模拟凹模8上端面的位置。该加热装置还包括红外测温器，红外测温器采集的温度信号通过线路集成器输送到温度控制系统，用于实时监测被挤压坯料的温度。

供料装置还包括设置在托料杆11一侧还设置有用于向托料杆11提供未加热的待挤压坯料的传送带15和驱动传送带15移动的供料电机。上述的坯料为柱状结构，并排排列在传送带15上，并且通过坯料的下端面支撑放置在传送带上，后续的托料机构、上料机构和下料机构可均通过柱状工件的尺寸进行设计。

该试验机还包括将加热后的高温待挤压坯料13从托料杆11上移动至模拟凹模8上的上料机构，上料机构包括横置在机架上的机械手16，以及驱动机械手16伸缩的驱动电机17，该机械手16位于模拟凹模8上端面的上方，与托料杆11分别设置在模拟凹模8的两侧。

上述的送料电机、托料电机12和驱动电机17的运行速度通过控制系统协同调节，保证被加热后的高温待挤压坯料13能够有序的被送到模拟凹模8的模腔内。

试验机还包括设置在下模板4下方的顶料机构，顶料机构包括顶料液压机18和设置在顶料液压机18上的顶料杆19，顶料杆19可在顶料液压机18的驱动下向上移动伸入至模拟凹模8中，以将变形后的坯料顶出模拟凹模8，上述的顶料液压机18设置在下模板4下侧的顶料固定板20上，并通过与下模板4之间的支撑柱21实现连接，支撑柱21下端设置有螺纹结构，支撑柱21下端连接有用于将顶料液压机18固定在顶料固定板20上的固定螺母22。

试验机还包括推料机构即下料机构，推料机构包括设置在机架一侧的推料杆28和驱动推料杆28移动的推料电机29，推料杆28的推料方向与机械手16的移动方向呈一定夹角，推料杆28的高度高于模拟凹模8的上端面高度，可以将变形后的被顶出的坯料推出模拟凸模9。

试验机还包括检测系统，检测系统包括设置在模拟凹模8上的热电偶，用于检测模腔内部的温度，并将温度实时反馈到电脑主机，热电偶分别通过微小的空洞伸入至模拟凹模8、模拟凸模9的内部，但是不穿透模腔；还检测系统还包括设置在中模板5上的压力传感器24，用于测得挤压液压机7对待挤压坯料加载的过程中加载力的大小，并通过传输线26实时反馈给电脑主机；检测系统还包括竖直设置在上模板3和下模板4之间的光栅尺25，用于记录挤压过程中的中模板5的位置。

该疲劳试验机的使用方法为：通过送料机构将制好的常温待挤压坯料14送到托料杆11上，托料杆11在托料电机12的驱动下使常温待挤压坯料14缓慢上升，并接受感应线圈10的加热，使常温待挤压坯料14逐渐变成预设温度的高温待挤压坯料13，此时，托料杆11已经上升到与机械手16平齐的位置；机械手16抓住高温待挤压坯料13在驱动电机17的驱动下到达模拟凹模8的模腔正上方，机械手16张开使高温待挤压坯料13落入模拟凹模8的模腔，在机械手16运动的同时，托料杆11下降至初始位置；机械手16继续后退一定的距离，避免与下降中的模拟凸模9接触，此时挤压液压机7驱动模拟凸模9下降，对高温待挤压坯料13进行挤压后并保压一段时间，然后挤压液压机7驱动模拟凸模9上升到初始位置，顶料液压机18驱动顶料杆19向上移动，将形变后的被挤压坯料顶出到与模拟凹模8的上表面平齐的位置，此时，推料杆28在推料电机29的驱动下将被挤压坯料推出，之后，推料杆28在推料电机29的驱动下回退到初始位置，整个过程中，热电偶、光栅尺25、压力传感器24进行实时记录，并将数据传入电脑终端，对数据进行实时显示，此过程为一循环，并有计数器进行记录，在一定周期的试验之后，将凸模和模拟凹模8卸下进行表面观测。

在其他实施例中，凸模和凹模可反向设置；或者是将挤压液压机设置在下侧来推动凹模安装座向上运动；加热装置可以是直接设置在机架旁供常温坯料穿过并受热的火炉；上料机构和下料机构可设置为由同一个机械手通过多个电机控制。

热机疲劳试验方法，其具体实施过程与上述的热机疲劳试验机的使用方法一致，不再详细展开。