CN116020983B - 用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例提供了一种用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置，包括：基座，被构造成具有顶板和底板，且顶板形成为设置有开口的矩形框架；浇铸部，安装在基座的顶板上；调压部，安装在基座的内部；铸造模具，安装在调压部的内部，以在调压部的作用下，为铸造模具施加压力载荷；以及两个调温部，分别设置在铸造模具沿横向方向的两个侧壁上，且分别与调压部结合；其中，浇铸部被构造成熔炼金属并通过基座的顶板上的开口向铸造模具内部注入液态金属。

Description

用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置

技术领域

本申请的至少一种实施例涉及工程铸件凝固特征模拟装置，具体涉及一种用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置。

背景技术

铸造是金属工程部件制造成形的主要方式之一，铸造应力场易引起铸件开裂、变形和尺寸超差，是导致大型薄壁、复杂结构、异种材料等关键铸件废品率高的主要因素。铸造应力场的探测与调控成为制约高精密铸件制造成形的关键技术。

基于中子具有深穿透性，能够穿透铸造模具的特性，被应用于测试铸件的应力/应变信息。现有技术中，通常采用中子残余应力谱仪探测铸件的应力场。但是，中子残余应力谱仪对被测试部件的尺寸和重量具有一定的限制，由此，无法满足采用中子残余应力谱仪探测超大、超重部件的应力场的需要。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本申请以提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置，包括：基座，被构造成具有顶板和底板，且顶板形成为设置有开口的矩形框架；浇铸部，安装在上述基座的顶板上；调压部，安装在上述基座的内部；铸造模具，安装在上述调压部的内部，以在上述调压部的作用下，为上述铸造模具施加压力载荷；以及两个调温部，分别设置在上述铸造模具沿横向方向的两个侧壁上，且分别与上述调压部结合；其中，上述浇铸部被构造成熔炼金属并通过上述基座的顶板上的开口向上述铸造模具内部注入液态金属。

本申请实施例提供的用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置，通过设置能够向铸造模具内部注入液态金属的浇铸部，并设置调压部以及调温部为铸造模具施加压力载荷以及温度载荷，以模拟铸件特定部位凝固过程，从而满足采用中子残余应力谱仪探测超大、超重部件中的特定部位的应力场的需要。

附图说明

图1是本申请的用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置的立体示意图；

图2是浇铸部的立体示意图；

图3是调压部的立体示意图；以及

图4是压力杆、加热棒以及铸造模具之间的装配示意图。

图中：

1-基座；11-顶板；12-底板；

2-浇铸部；

21-熔炼组件；211-感应电源；212-壳体；213-双层铜排；214-电极轴；215-连接套；216-熔炼腔；

22-传动组件；221-电机；222-链条；223-传动盘；224-链轮；

23-测温组件；231-支架；232-连接板；233-滑杆；234-滑块；2341-第一通孔；2342-第二通孔；235-热电偶；

3-调压部；

31-压力输出组件；311-液压泵；312-油管；

32-压力施加组件；321-压力杆；3211-安装壳；3212-油缸；3213-陶瓷垫块；3214-陶瓷顶杆；3215-压头；3216-压力计；3217-凹槽；

33-模具容纳腔；

34-固定板；

35-隔热板；

4-铸造模具；

5-调温部；51-加热棒。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。

根据本申请一个方面的发明构思，提供一种用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置，包括：基座，被构造成具有顶板和底板，且顶板形成为设置有开口的矩形框架；浇铸部，安装在基座的顶板上；调压部，安装在基座的内部；铸造模具，安装在调压部的内部，以在调压部的作用下，为铸造模具施加压力载荷；以及两个调温部，分别设置在铸造模具沿横向方向的两个侧壁上，且分别与调压部结合；其中，浇铸部被构造成熔炼金属并通过基座的顶板上的开口向铸造模具内部注入液态金属。

图1为本申请的用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置的立体示意图；图4是压力杆、加热棒以及铸造模具之间的装配示意图。

根据本申请的示例性实施例，请参照图1和图4，提供一种用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置，包括基座1、浇铸部2、调压部3、铸造模具4以及两个调温部5。基座1被构造成具有顶板11和底板12，且顶板11形成为设置有开口的矩形框架。浇铸部2安装在基座1的顶板11上。调压部3安装在基座1的内部。铸造模具4安装在调压部3的内部，以在调压部3的作用下，为铸造模具4施加压力载荷。两个调温部5分别设置在铸造模具4沿横向方向的两个侧壁上，且分别与调压部3结合。其中，浇铸部2被构造成熔炼金属并通过基座1的顶板11上的开口向铸造模具4内部注入液态金属。

在本实施例中，通过设置能够向铸造模具4内部注入液态金属的浇铸部2，并设置调压部3以及调温部5为铸造模具4施加压力载荷以及温度载荷，以模拟铸件特定部位凝固过程，从而满足采用中子残余应力谱仪探测超大、超重部件中的特定部位的应力场的需要。

图2是浇铸部的立体示意图。

在一些示例性实施例中，参照图1和图2，浇铸部2包括熔炼组件21以及传动组件22。熔炼组件21安装在基座1的顶板11上，被构造成通过感应加热熔炼金属。传动组件22被构造成驱动熔炼组件21的熔炼腔216翻转，以将熔炼腔216内部的液态金属倒入铸造模具4内部。

通过上述设置方式，固态金属通过熔炼组件21加热熔炼成为液态金属，熔炼组件21的熔炼腔216在传动组件22的驱动下翻转，使得熔炼腔216内部的液态金属被倒入铸造模具4的内部，以满足固态金属的熔炼以及向铸造模具4内部浇铸液态金属的需要。

在一些示例性实施例中，参照图1和图2，熔炼组件21包括感应电源211、壳体212、叠放的双层铜排213、电极轴214、熔炼腔216以及感应线圈217。感应电源211安装在基座1的顶板11上。壳体212与感应电源211沿横向方向并排安装在基座1的顶板11上。叠放的双层铜排213安装在基座1的顶板11的近端，双层铜排213被构造成L型，且沿纵向方向延伸的一端与感应电源211连接。电极轴214沿纵向方向伸入壳体212的内部，且通过连接套215与双层铜排213沿横向方向延伸的另一端连接。熔炼腔216设置在壳体212的内部。感应线圈217套设在熔炼腔216的外部，且感应线圈217的两端分别与电极轴214以及传动组件22连接。

在本实施例中，通过将感应线圈217套设在熔炼腔216的外部，且感应线圈217通过电极轴214、叠放的双层铜排213以及感应电源211实现感应加热，以加热熔炼腔216，从而将放置在熔炼腔216内部的固态金属熔炼为液态金属。

需要说明的是，在本实施例中，熔炼腔216为坩埚。进一步地，在本实施例中，通过采用叠放的双层铜排213输送电流降低了电能损耗，且本实施例通过感应加热的方式，能够使得熔炼腔216的最高熔炼温度达到2000℃，以满足常规合金的熔炼。

在一些示例性实施例中，参照图1和图2，传动组件22包括电机221、传动盘223以及链轮224。电机221安装在基座1的顶板11的近端，且设置在壳体212远离感应电源211的一侧。传动盘223套设在电极轴214的外部。链轮224套设在电极轴214外部并与传动盘223结合，链轮224通过链条222在电机221的驱动下转动，以驱动传动盘223转动，从而驱动电极轴214转动，以驱动熔炼腔216翻转。其中，感应线圈217的两端分别与电极轴214以及传动盘223连接。

通过上述设置方式，链轮224通过链条222在电机221的驱动下转动，以驱动传动盘223转动，从而驱动电极轴214转动，以驱动熔炼腔216翻转，实现将熔炼腔216内部的液态金属倒入铸造模具4的内部。

在一些示例性实施例中，参照图1，浇铸部2还包括测温组件23。测温组件23包括支架231、连接板232、滑杆233、滑块234以及热电偶235。支架231沿竖直方向延伸。连接板232水平设置，并连接在支架231上。滑杆233沿竖直方向延伸，并与连接板232连接。滑块234上设置有第一通孔2341和第二通孔2342，滑块234通过第一通孔2341可滑动地套设在滑杆233的外部。热电偶235设置在第二通孔2342的内部并沿竖直方向伸入壳体212的内部，以测量感应线圈217的温度。

通过上述设置方式，一方面，能够通过热电偶235测量感应线圈217的温度，以监测熔炼腔216的加热温度；另一方面，通过滑块234可滑动地套设在滑杆233的外部，以调整热电偶235在竖直方向的位置，以满足监测熔炼腔216不同高度位置的加热温度的需要。

图3是调压部的立体示意图。

在一些示例性实施例中，参照图3和图4，调压部3包括压力输出组件31、两组压力施加组件32以及模具容纳腔33。压力输出组件31安装在基座1的底板12上。两组压力施加组件32分别沿横向方向伸入基座1的内部，且分别与压力输出组件31连接，使得压力输出组件31分别与两组压力施加组件32之间油路连通。模具容纳腔33设置在两组压力输出组件31之间，适用于安装铸造模具4。其中，压力施加组件32为铸造模具4施加压力载荷，模具容纳腔33沿横向方向的两侧设置有固定板34，以分别固定两组压力施加组件32。

通过上述设置方式，将铸造模具4安装在模具容纳腔33中，压力施加组件32在压力输出组件31的作用下对铸造模具4施加压力载荷，以模拟铸件的特定凝固部位的应力边界条件。

在一些示例性实施例中，参照图3，压力输出组件31包括液压泵311以及两组油管312。液压泵311设置在基座1的底板12上。每组油管312分别一端与液压泵311连接，另一端与同侧的一组压力施加组件32连接，以为压力施加组件32提供压力。

通过上述设置方式，液压泵311分别通过两组油管312为压力施加组件32提供压力，以满足通过压力施加组件32对铸造模具4施加压力载荷的需要。

在一些示例性实施例中，参照图3和图4，每组压力施加组件32包括多个压力杆321。每个压力杆321包括安装壳3211、油缸3212、陶瓷垫块3213、陶瓷顶杆3214以及压头3215。油缸3212沿横向方向延伸，并伸入安装壳3211的内部。陶瓷垫块3213设置在安装壳3211的内部，并连接在油缸3212靠近模具容纳腔33的一侧。陶瓷顶杆3214沿横向方向延伸并从固定板34伸出，且一端与陶瓷垫块3213连接，以在油缸3212的驱动下沿横向方向往复直线移动。压头3215，连接在陶瓷顶杆3214的另一端，以在陶瓷顶杆3214的驱动下为铸造模具4施加压力载荷。

在本实施例中，通过将每组压力施加组件32设置为包括多个压力杆321，能够通过分别控制每个压力杆321对外所施加的压力值，以分别控制铸造模具4上的不同位置所受的压力值，从而模拟铸件上不同的特定凝固部位的应力边界条件。

需要说明的是，在本实施例中，每个压力杆321能够施加的最大压力值为4KN。

在一些示例性实施例中，参照图4，每个压力杆321还包括压力计3216。压力计3216设置在油缸3212与陶瓷垫块3213之间，以监测油缸3212施加的压力值。

在一些示例性实施例中，参照图3和图4，每个调温部5包括多个加热棒51，每个压力杆321上设置有一个加热棒51，压头3215靠近模具容纳腔33的一侧设置有凹槽3217，加热棒51的一端设置在凹槽3217内部，加热棒51的另一端嵌入铸造模具4的与压头3215相邻的侧壁，以为铸造模具4施加温度载荷。

在本实施例中，通过将每个调温部5设置为包括多个加热棒51，能够通过分别控制每个加热棒51的温度，以分别控制对铸造模具4上的不同位置所施加的温度载荷，从而模拟铸件上不同的特定凝固部位的温度边界条件。

需要说明的是，在本实施例中，加热棒51的最高加热温度为450℃，由此，加热棒51的加热温度的调节范围为从室温至450℃。

在一些示例性实施例中，参照图3和图4，固定板34与模具容纳腔33之间还设置有隔热板35。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置，包括：

基座(1)，被构造成具有顶板(11)和底板(12)，且顶板(11)形成为设置有开口的矩形框架；

浇铸部(2)，安装在所述基座(1)的顶板(11)上；

调压部(3)，安装在所述基座(1)的内部；

所述调压部(3)包括：

压力输出组件(31)，安装在所述基座(1)的底板(12)上；

两组压力施加组件(32)，分别沿横向方向伸入所述基座(1)的内部，且分别与所述压力输出组件(31)连接，使得所述压力输出组件(31)分别与两组所述压力施加组件(32)之间油路连通；以及

模具容纳腔(33)，设置在两组所述压力输出组件(31)之间，适用于安装铸造模具(4)；

其中，所述压力施加组件(32)为所述铸造模具(4)施加压力载荷，所述模具容纳腔(33)沿横向方向的两侧设置有固定板(34)，以分别固定两组所述压力施加组件(32)；铸造模具(4)，安装在所述调压部(3)的内部，以在所述调压部(3)的作用下，为所述铸造模具(4)施加压力载荷；以及

两个调温部(5)，分别设置在所述铸造模具(4)沿横向方向的两个侧壁上，且分别与所述调压部(3)结合；

其中，所述浇铸部(2)被构造成熔炼金属并通过所述基座(1)的顶板(11)上的开口向所述铸造模具(4)内部注入液态金属。

2.根据权利要求1所述的用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置，其中，所述浇铸部(2)包括：

熔炼组件(21)，安装在所述基座(1)的顶板(11)上，被构造成通过感应加热熔炼金属；以及

传动组件(22)，被构造成驱动所述熔炼组件(21)的熔炼腔(216)翻转，以将所述熔炼腔(216)内部的液态金属倒入所述铸造模具(4)内部。

3.根据权利要求2所述的用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置，其中，所述熔炼组件(21)包括：

感应电源(211)，安装在所述基座(1)的顶板(11)上；

壳体(212)，与所述感应电源(211)沿横向方向并排安装在所述基座(1)的顶板(11)上；

叠放的双层铜排(213)，所述双层铜排(213)被构造成L型，且沿纵向方向延伸的一端与所述感应电源(211)连接；

电极轴(214)，沿纵向方向伸入所述壳体(212)的内部，且通过连接套(215)与所述双层铜排(213)沿横向方向延伸的另一端连接；

熔炼腔(216)，设置在所述壳体(212)的内部；以及

感应线圈(217)，套设在所述熔炼腔(216)的外部，且所述感应线圈(217)的两端分别与所述电极轴(214)以及所述传动组件(22)连接。

4.根据权利要求3所述的用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置，其中，所述传动组件(22)包括：

电机(221)，且设置在所述壳体(212)远离所述感应电源(211)的一侧；

传动盘(223)，套设在所述电极轴(214)的外部；以及

链轮(224)，套设在所述电极轴(214)外部并与所述传动盘(223)结合，所述链轮(224)通过链条(222)在所述电机(221)的驱动下转动，以驱动所述传动盘(223)转动，从而驱动所述电极轴(214)转动，以驱动所述熔炼腔(216)翻转。

5.根据权利要求4所述的用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置，其中，所述浇铸部(2)还包括测温组件(23)，所述测温组件(23)包括：

支架(231)，沿竖直方向延伸；

连接板(232)，水平设置，并连接在所述支架(231)上；

滑杆(233)，沿竖直方向延伸，并与所述连接板(232)连接；

滑块(234)，所述滑块(234)上设置有第一通孔(2341)和第二通孔(2342)，所述滑块(234)通过所述第一通孔(2341)可滑动地套设在所述滑杆(233)的外部；以及

热电偶(235)，设置在所述第二通孔(2342)的内部并沿竖直方向伸入所述壳体(212)的内部，以测量所述感应线圈(217)的温度。

6.根据权利要求1所述的用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置，其中，所述压力输出组件(31)包括：

液压泵(311)，设置在所述基座(1)的底板(12)上；以及

两组油管(312)，每组油管(312)分别一端与所述液压泵(311)连接，另一端与同侧的一组所述压力施加组件(32)连接，以为所述压力施加组件(32)提供压力。

7.根据权利要求6所述的用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置，其中，每组所述压力施加组件(32)包括多个压力杆(321)，每个所述压力杆(321)包括：

安装壳(3211)；

油缸(3212)，沿横向方向延伸，并伸入所述安装壳(3211)的内部；

陶瓷垫块(3213)，设置在所述安装壳(3211)的内部，并连接在所述油缸(3212)靠近所述模具容纳腔(33)的一侧；

陶瓷顶杆(3214)，沿横向方向延伸并从所述固定板(34)伸出，且一端与所述陶瓷垫块(3213)连接，以在所述油缸(3212)的驱动下沿横向方向往复直线移动；以及

压头(3215)，连接在所述陶瓷顶杆(3214)的另一端，以在陶瓷顶杆(3214)的驱动下为所述铸造模具(4)施加压力载荷。

8.根据权利要求7所述的用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置，其中，每个所述压力杆(321)还包括：

压力计(3216)，设置在所述油缸(3212)与所述陶瓷垫块(3213)之间，以监测所述油缸(3212)施加的压力值。

9.根据权利要求8所述的用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置，其中，每个所述调温部(5)包括多个加热棒(51)，每个所述压力杆(321)上设置有一个所述加热棒(51)，所述压头(3215)靠近所述模具容纳腔(33)的一侧设置有凹槽(3217)，所述加热棒(51)的一端设置在所述凹槽(3217)内部，所述加热棒(51)的另一端嵌入所述铸造模具(4)的与所述压头(3215)相邻的侧壁，以为所述铸造模具(4)施加温度载荷。

10.根据权利要求1所述的用于中子残余应力谱仪的凝固特征模拟装置，其中，所述固定板(34)与所述模具容纳腔(33)之间还设置有隔热板(35)。