一种高通量喷淬模拟试验装置转让专利
申请号 : CN202010674443.4
文献号 : CN111996339B
文献日 : 2021-08-20
发明人 : 卜恒勇 , 胡月童 , 李萌蘖 , 汪森文 , 周立
申请人 : 昆明理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种高通量喷淬模拟试验装置,其特征在于,包括主体系统、旋转系统、水循环系统;
主体系统包括压盖(1)、液压杆(2)、压盖支架(3)、喷淬池(4)、支撑脚(7);
旋转系统包括伺服电机支架 (8)、转轴I(11)、转轴II(12)、伺服电机I(13)、托盘(14)、一个以上试样座(15);
水循环系统包括水箱(17)、进水口(18)、回流管(19)、增压水泵(21)、水管、一个以上喷水模块;
压盖(1)设置在喷淬池(4)上沿处,压盖(1)与液压杆(2)相连接,液压杆(2)与压盖支架(3)连接,压盖支架(3)设置在喷淬池(4)侧面,喷淬池(4)底部设有4个支撑脚(7),伺服电机支架 (8)位于喷淬池(4)底部,伺服电机(13)设置在伺服电机支架 (8)上,伺服电机(13)输出端与转轴 (12)连接,转轴 (12)与转轴(11)连接,转轴(11)位于喷淬池(4)内部,其圆心与喷淬池(4)中心重合,转轴(11)穿过托盘(14)的中心,托盘(14)固定在转轴(11)上,托盘(14)位于喷淬池(4)内部,托盘(14)上设置一个以上的条形孔,试样座(15)设置在条形孔上,试样座(15)上开有若干试样孔(16);
喷淬池(4)外侧面中部设有一个以上喷水模块,喷水模块包括喷管支架(5)、气动薄膜调节阀(26)、流量计(27)、压力计(28)、喷管(29)、喷嘴(36),喷管(29)一端位于喷淬池(4)内部且该端侧面上开设若干喷嘴(36),喷嘴(36)正对试样座(15)上的试样;喷管(29)另一端穿过喷淬池(4)并设置在喷管支架(5)上,喷管支架(5)设置在喷淬池(4)外壁上,喷管(29)通过水管与水箱(17)连接,水管上依次设置压力计(28)、流量计(27)、气动薄膜调节阀(26)、增压水泵(21),喷淬池(4)底部通过回流管(19)与水箱(17)连接,水箱(17)上设置进水口(18);
还包括转轴套筒(9),转轴套筒(9)设置在转轴(11)外面,位于托盘(14)与喷淬池(4)底面之间,喷淬池(4)侧面内壁与转轴套筒(9)连接三根以上支撑筋(10)。
2.根据权利要求1所述装置,其特征在于,还包括控制系统,控制系统包括电脑(37)、PLC控制器(38)、数据线(39);电脑(37)通过数据线(39)与PLC控制器(38)连接,伺服电机(13)、气动薄膜调节阀(26)、流量计(27)、压力计(28)与PLC控制器(38)连接。
3.根据权利要求2所述装置,其特征在于,喷管支架(5)包括喷管固定块(31)、连接杆(32)、两根滑块(33)、横梁(34);喷淬池(4)侧面设有条形通孔,喷管(29)穿过条形通孔后再穿过喷管固定块(31),横梁(34)有三根,分别为上横梁、中横梁、下横梁,三根横梁(34)两端连接两根滑块(33),两个滑块分别设置在两个滑竿上,滑竿固定设置在喷淬池(4)外壁,上横梁、中横梁之间用连接杆(32)连接,喷管固定块(31)固定设置在上横梁上。
4.根据权利要求3所述装置,其特征在于,还包括Z字曲柄(35)、伺服电机支架(6)、伺服电机 (30);Z字曲柄(35)的一端位于中横梁、下横梁之间,Z字曲柄(35)另一端与伺服电机 (30)的输出端连接,伺服电机 (30)设置在伺服电机支架(6)上,伺服电机支架(6)固定设置在喷淬池(4)外壁。
5.根据权利要求4所述装置,其特征在于,伺服电机 (30)与PLC控制器(38)连接。
6.根据权利要求1所述装置,其特征在于,试样座(15)两端设有螺纹孔,托盘(14)上条形孔内设有沉台,沉台两端设有下沉螺纹孔,试样座(15)和沉台上的螺纹孔对齐,通过螺栓将试样座(15)固定在托盘(14)内的条形孔内。
7.根据权利要求3或4所述装置,其特征在于,还包括红外测距仪支架(40)、红外测距仪(41),红外测距仪(41)设置红外测距仪支架(40)上,红外测距仪支架(40)设置在喷管(29)下方的喷淬池(4)外壁,红外测距仪(41)的工作面正对喷管(29),红外测距仪(41)与PLC控制器(38)连接。
说明书 :
一种高通量喷淬模拟试验装置
技术领域
背景技术
发模式,而材料基因工程提供了一种融合高通量试验表征、高通量计算和材料基础数据/数
据挖掘的协同研发模式。材料基因工程改变了传统的经验性“试错法”主导的材料研发模
式,结合理性指导下的高通量试验,大大提升了新材料新技术的研发能力和效率。
内在高通量制备、高通量试验表征和高通量计算等领域已经取得了长足的进步。高通量试
验表征不仅可以高效地获得材料的数据,降低试验成本,而且可以为高通量数值计算提供
基础数据,验证和优化数值计算模型,从而实现工艺的改进和提升。
低结构重量并且可以显著提高机械产品质量,大幅延长机械零件的使用寿命。淬火作为制
定热处理工艺的重要工艺,金属材料的淬火性能,包括淬硬性和淬透性,一直以来都受到广
泛关注。影响金属材料淬火性能的因素很多,包括合金成分,晶粒大小,应力状态。通过调整
淬火试验的喷液方式,包括喷淬角度、喷水压力、喷水孔直径等可以对上述性能进行探究。
传统淬火试验只能对单个试样进行淬火,试验效率低,无法满足实际情况的要求。此外,金
属零件的生产过程中,剧烈冷却会造成工件内部内应力过大,容易出现裂纹。而间歇淬火是
将加热过程完成后的零件用水进行冷却,随后短暂停止冷却后,再用水进行冷却,反复几次
后,在水中冷却至室温。间歇淬火可保证零件淬硬的前提下尽可能的减小工件的变形与缺
陷。本发明提供一种高通量喷淬模拟试验装置及方法,通过该装置和方法可以一次批量完
成不同成分,不同加热过程,不同保温时间相同尺寸的试样在不同淬火条件下的淬火试验,
得到试样相应的组织结构,显微硬度,温度与时间数据;也可以利用该装置进行间歇淬火试
验,可研究淬火间隔时间,淬火间隔次数等影响因素对工件的影响。该方法可以为材料淬火
模拟提供大量的基础数据,也可以对材料淬火模拟进行验证,提高筛选最优试样及最优工
艺效率,进而在材料研发中大大降低时间和资金成本。
度与硬度的关系,从而可以确定出中、高淬透性钢的淬透性。但是该装置一次只能对一个试
样进行试验,效率较低;另外该装置没有安装温度数据采集处理系统,无法实时反映试样淬
火时的温度变化;此外该装置无法对淬火过程中喷液方式对试样的影响进行探究。
发明内容
上敷载热电偶,通过温度数据采集控制系统记录试样某点温度与时间的关系;本装置可以
模拟工业生产工况条件,为优化淬火工艺提供相应数据,筛选最优喷淬试验试样和喷淬工
艺参数,可以测定材料的淬透性和淬硬性。
池4底部,伺服电机I13放置在伺服电机支架II8上,伺服电机I13输出端与转轴II12连接,转
轴II12与转轴I11连接,转轴I11位于喷淬池4内部,其圆心与喷淬池4中心重合,转轴I11穿
过托盘14的中心,托盘14与转轴I11固定连接,转轴I11带动托盘14转动,托盘14位于喷淬池
4内部,托盘14上设置一个以上的条形孔,试样座15设置在条形孔上,试样座15上开有若干
试样孔16,用于放置样品;
上开设若干喷嘴36,喷嘴36正对试样座15上的试样;喷管29另一端穿过喷淬池4并设置在喷
管支架5上,喷管支架5设置在喷淬池4外壁上,喷管29通过水管与水箱17连接,水管上依次
设置压力计28、流量计27、气动薄膜调节阀26、增压水泵21,喷淬池4底部通过回流管19与水
箱17连接,水箱17上设置进水口18;进水口18用于加冷却介质。
计28通过导线与PLC控制器38连接;气动薄膜调节阀26可用于调节冷却介质的压力和流量,
流量计27可测量冷却介质的流量,压力计28可以检测冷却介质的压力。
再通过水管22与水箱17连接,横梁34有三根,分别为上横梁、中横梁、下横梁,三根横梁34两
端连接两根滑块33,两个滑块分别设置在两个滑竿上,滑竿固定在喷淬池4外壁,上横梁、中
横梁之间用连接杆32连接,喷管固定块31固定设置在上横梁上。
置在伺服电机支架6上,伺服电机支架6固定在喷淬池4外壁;伺服电机II30的型号为
MHMF042L1U2M,伺服电机II30带动Z字曲柄35旋转,Z字曲柄35旋转的时候带动喷管支架5的
两个滑块33沿着滑竿滑动,伺服电机II30通过导线与PLC控制器38连接。
内。
正对喷管29,红外测距仪41与PLC控制器38连接。
根以上支撑筋10,用于支撑转轴套筒9。
样旋转。
全性。
频率等试验参数进行喷淬模拟试验。
间等,启动试验装置,将加热好的试样迅速放入试样孔中,进行喷淬试验,待喷淬试验结束
后,对试样进行检测表征。
制PLC控制器来调节喷液参数,选用不同淬火介质研究影响淬火试验的不同影响因素。
模拟实际生产环节中的生产条件,进而对生产工艺进行优化。
及淬冷工艺参数。也可以根据材料的临界冷速选择合适的喷淬工艺。
附图说明
I,14‑托盘,15‑试样座,16‑试样孔,17‑水箱,18‑进水口,19‑回流管,20‑水管I,21‑增压水
泵,22‑水管II,23‑水管III,24‑水管IV,25‑水管V,26‑气动薄膜调节阀,27‑流量计,28‑压
力计,29‑喷管,30‑伺服电机II,31‑喷管固定块,32‑连接杆,33‑滑块,34‑横梁,35‑Z字曲
柄,36‑喷嘴,37‑电脑,38‑PLC控制器,39‑导线,40‑红外测距仪支架,41‑红外测距仪。
具体实施方式
另一端3固定设置在喷淬池4侧面,喷淬池4底部设有4个支撑脚7,用于支撑喷淬池4,伺服电
机支架II8为中空套筒结构,套筒一端焊接在喷淬池4底部,套筒另一端与伺服电机I13通过
螺栓连接,伺服电机I13的输出端设置在套筒内与且转轴II12连接,转轴II12另一端与转轴
I11连接,转轴I11穿过喷淬池4底部且位于喷淬池4内部,其圆心与喷淬池4中心重合,转轴
I11穿过托盘14的中心,托盘14与转轴I11固定连接,转轴I11带动托盘14转动,托盘14位于
喷淬池4内部,其内径略小于喷淬池4内径,转轴套筒9设置在转轴I11外面,转轴I11转动不
会带动转轴套筒9转动,转轴套筒9位于托盘14与喷淬池4底面之间,喷淬池4侧面内壁与转
轴套筒9连接8根支撑筋10,用于支撑转轴套筒9;托盘14上设置四个条形孔,每个条形孔内
均放置试样座15,试样座15两端各设有螺纹孔,托盘14上条形孔内两端各设有沉台,沉台上
设有下沉螺纹孔,试样座15和托盘14的螺纹孔对齐,通过螺栓连接将试样座15固定在托盘
14内的条形孔内的沉台上;试样座15上开有四个试样孔16,用于放置样品;
设若干喷嘴36,试样座15下方正对喷管29该端,喷管29上开设四个喷嘴36,每个喷嘴36正对
试样座15下方的一个试样;喷管29另一端穿过喷淬池4并设置在喷管支架5上,喷管支架5设
置在喷淬池4外壁上,四个喷水模块的喷管29分别通过水管II22、水管III23、水管IV24、水
管V25与水管I20连接,水管I20与水箱17连接,水管II22、水管III23、水管IV24、水管V25上
均依次设置压力计28、流量计27、气动薄膜调节阀阀26后连接水管I20,水管I20上设置增压
水泵21后连接水箱17,喷淬池4底部通过回流管19与水箱17连接,水箱17上设置进水口18;
进水口18用于加冷却介质;
力和流量,流量计27可测量冷却介质的流量,压力计28可以检测冷却介质的压力;伺服电机
I13的型号为MDMH102L1G6M,PLC控制器38为西门子的S1500系列。
置,将加热好的试样迅速放入试样孔中,进行喷淬试验,待喷淬试验结束后,对试样进行检
测表征。
穿过条形通孔后再穿过喷管固定块31,然后再通过水管22与水箱17连接,横梁34有三根,分
别为上横梁、中横梁、下横梁,三根横梁34两端连接两根滑块33,两个滑块分别设置在两个
滑竿上,滑竿类似把手的结构,两端固定在喷淬池4外壁,上横梁、中横梁之间用连接杆32连
接,喷管固定块31固定设置在上横梁上,滑块33滑到位置后可以用千斤顶顶住,还包括红外
测距仪支架40、红外测距仪41,红外测距仪41设置红外测距仪支架40上,红外测距仪支架40
设置在喷管29下方的喷淬池4外壁,红外测距仪41的工作面正对喷管29,红外测距仪41与
PLC控制器38连接,红外测距仪41对喷管29的位置进行监控,PLC控制器38内部设定喷管29
的极限位置,以防喷嘴36碰到试样,其他部件及连接关系与实施例1相同。
置,将加热好的试样迅速放入试样孔中,进行喷淬试验,待喷淬试验结束后,对试样进行检
测表征。
II30的输出端连接,伺服电机II30设置在伺服电机支架6上,伺服电机支架6固定在喷淬池4
外壁;伺服电机II30通过导线与PLC控制器38连接,伺服电机II30的型号为MHMF042L1U2M,
伺服电机II30带动Z字曲柄35旋转,Z字曲柄35旋转的时候带动喷管支架5的两个滑块33沿
着滑竿滑动,其他部件及连接关系与实施例2相同。
置,将加热好的试样迅速放入试样孔中,进行喷淬试验,待喷淬试验结束后,对试样进行检
测表征。
2,3,4,A,B,C,D四组试样分别加热至800℃、830℃、860℃和890℃;各组中试样1,2,3,4设定
保温时间分别为20min,30min,40min,50min;
喷管29上的喷嘴36至试样底端高度均为65mm,电脑37结合PLC控制器38启动增压水泵21进
行喷水,压力计28、流量计27显示喷水的压力和流量,调节气动薄膜调节阀26来调节压力计
28、流量计27的大小,调节到设定的流量后,喷淬25min;
的温度数据,绘制出所监测位置的温度与时间的曲线,喷水结束后,待试样自然冷却至室
温,关闭装置。
试样,将16个试样分为四组,每组中包含SA508‑3钢、42CrMo钢、S34MnV钢和5CrNiMoV钢的试
样各一个,共四个,四组试样加热800℃、830℃、860℃和890℃,保温时间为30min,保证所有
试样在同一时间结束保温过程;
手动(设备重可以采用千斤顶等抬动)滑动滑块33,当红外测距仪41测定喷管29到达特定位
置后,将位置信号反馈给PLC控制器38,电脑37核对数据后,人工千斤顶顶住下横梁,并用夹
子固定住滑块33,此时喷管29上的喷嘴36至试样底端高度均为65mm,电脑37结合PLC控制器
38启动增压水泵21进行喷水,压力计28、流量计27显示喷水的压力和流量,调节气动薄膜调
节阀26来调节压力计28、流量计27的大小,调节到设定的流量后,喷淬10min;
的温度数据,绘制出所监测位置的温度与时间的曲线,喷水结束后,待试样自然冷却至室
温,关闭装置。
含SA508‑3钢、42CrMo钢、S34MnV钢和5CrNiMoV钢的试样各一个,共四个,四组试样加热800
℃、830℃、860℃和890℃,保温时间为30min,保证所有试样在同一时间结束保温过程;
同时启动伺服电机II30,伺服电机II30带动Z字曲柄35转动,Z字曲柄35带动喷管支架5的滑
块33沿着滑竿滑动,当红外测距仪41测定喷管29到达特定位置后,将位置信号反馈给PLC控
制器38,电脑37核对数据后,关闭伺服电机II30,Z字曲柄35支撑着整个喷管支架5,此时喷
管29上的喷嘴36至试样底端高度均为65mm,电脑37结合PLC控制器38启动增压水泵21进行
喷水,压力计28、流量计27显示喷水的压力和流量,调节气动薄膜调节阀26来调节压力计
28、流量计27的大小,调节到设定的流量后,喷淬10min;
的温度数据,绘制出所监测位置的温度与时间的曲线,喷水结束后,待试样自然冷却至室
温,关闭装置。