[发明专利]塑性成形中坯料与模具界面的接触传热系数测量方法

说明书

一种塑性成形中坯料与模具界面的接触传热系数测量方法，首先将工件材料加工为带有外凸台的标准试件，再将标准试件在加热炉上加热至设定温度，然后将标准试件放入预热后的待测模具材料制作的上、下测试块中进行压缩变形，测量压缩变形后标准试件的外凸台的倾斜角度，根据倾斜角度值查询对应的接触换热系数标定曲线，确定工件与模具界面的接触传热系数。本发明避免了传统测量方法中对接触温度的限制与嵌入式测温传感器的测量误差，有效提高接触传热系数测定的范围与准确性，节约了实验成本和时间。

技术领域

本发明涉及的是一种塑性成形中接触传热系数测定领域的技术，具体是一种通用坯料与模具界面的接触传热系数的测量方法。

背景技术

在金属塑性成形过程中，模具和坯料间发生的热量传递对模具的使用寿命及工件的精度会产生直接影响。在数值模拟中，模具和坯料间的接触传热系数的正确设置有利于提高数值模拟结果的精度。目前常用的接触换热系数确定方法，将一对待测金属界面直接接触，施加一定的压力，利用热电偶或热像仪测定传热过程中的温度场分布，结合相关理论计算公式来计算出被测金属界面的接触换热系数。该经典方法依赖于热电偶或热像仪的测试精度，同时需要相对复杂的计算过程，被测金属之前未有塑性变形现象发生。因此，开发新型的适用于金属塑性成形的接触传热系数的测量方法至关重要。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种塑性成形中坯料与模具界面的接触传热系数测量方法，能够有效提高接触传热系数测定的范围与准确性，节约了实验成本和时间。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明首先将工件材料加工为带有外凸台的标准试件，再将标准试件在加热炉中加热至设定温度，然后将标准试件放入预热后的待测模具材料制作的上、下测试块中进行压缩变形，测量压缩变形后标准试件的外凸台的倾斜角度，根据倾斜角度值查询对应的接触换热系数标定曲线，确定工件与模具界面的接触传热系数。

所述的标准试件为圆环结构，外凸台设置于标准试件的两侧，该标准试件的高度相对缩减量建议控制在30％-50％之间。

所述的标准试件的尺寸比例满足：外径：内径：高度：外凸台的高度：外凸台的宽度＝6：3：2：0.2：0.4。

所述的上测试块可选择与压机连用。

所述的预热是指：使用多个均匀分布的加热棒对上、下测试块进行加热，直至达到预定温度。

所述的接触换热系数标定曲线，通过以下方式得到：

步骤1)根据标准试件的结构尺寸建立有限元模型，改变标准试件与上、下测试块的接触换热系数，设置标准试件与上、下测试块的相应温度及摩擦系数，进行压缩模拟分析，提取压缩后标准试件的外凸台上表面的倾斜角度的数据，绘制得到接触换热系数的同值标定曲线图。

所述的上、下测试块材料一致。

所述的压缩后的标准试样的外凸台的倾斜角度测量3次取平均值。

步骤2)改变标准试件与下测试块的接触换热系数，设置标准试件与上、下测试块的相应温度及摩擦系数，进行压缩模拟分析，提取压缩后标准试件的外凸台上表面的倾斜角度的数据，绘制得到接触换热系数的异值标定曲线图。

所述的异值标定曲线图中上测试块材料与标准试件之间的接触换热系数为已知固定数值，根据同值标定曲线图得出。

技术效果

本发明整体解决了现有技术中因嵌入式测温传感器而引起的测量误差，节约了时间成本及费用；

与现有技术相比，本发明建立接触传热系数的标定曲线，确定塑性成形中坯料与模具界面的接触传热系数，节约时间成本，减少测量误差。

附图说明

图1为本发明实施案例中使用的实验装置图；