CN201548537U - 金属高温实验控温模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属高温实验控温模具，其包括，上盖，其包括上盖板和侧板，形成一腔体；上盖板上开设分布有锥形小孔，孔径上小下大；侧板上同样开设分布有小孔，小孔内侧孔径大于外侧孔径；底座，其包括下底板和侧板，形成一腔体，与上盖贴合形成一完整的供放置金属样板的腔体；侧板上开设分布有小孔，小孔内侧孔径大于外侧孔径；下底板底面设有支撑脚。本实用新型模具基于实验样板大小通过控制模具内腔空间及热力学传导作用，从而实现在金属样板炉内加热及出炉移动过程中的温度及温差控制，尽可能减小金属加热和移动过程中的金属板各点温差范围及移动过程中的温降，从而提高实验测试精度。

Description

金属高温实验控温模具

技术领域

本实用新型涉及金属高温实验温度控制技术，特别涉及金属高温实验控温模具。

背景技术

现行高温实验一般都是建立在小炉膛配合小金属样块高温数据测量的基础上进行的，之所以这样操作是由于小炉膛配合小金属样块可以很好的解决以下几个问题：

1、均温问题

小炉膛设备可以有效的制约炉膛空间热传递区域，加快热循环流通频率，从而使小金属样块各点在炉膛加热过程中受热更为均匀。

2、控温问题

小炉膛设备外延加热介质一般分布较为均匀、炉膛内空间受热也较为均匀，有利于炉膛传递温度中温度的精度控制；小炉膛设备可以保证炉膛内各点及小金属样块各点的温差范围得到有效的控制。

3、氧化问题

金属样块加热过程中，只要有空气存在必然会发生一定的氧化现象，而温差的存在会导致金属样块各处的氧化程度不同，小炉膛相对更容易控制和保证金属样块的温差、炉膛密封性及炉膛内真空处理后空气的剩余量。

但并非所有的高温实验都可以基于小炉膛的加热条件下进行的，一些高温实验必须对尺寸规格较大的金属样板进行参数或数据的调试以及采集。这就需要使用到拥有比较大炉膛的加热设备。这种情况下实验金属样块各点温差因为炉膛中金属板所放位置、接触面、热传导空间及热源位置等因素的影响，金属样板加热过程并不均匀，即金属样板各点的温度存在一定的温度差，再加之金属氧化现象，容易造成实验测试数据的失真，即使采用区域范围平均温度测试，平均数据测试的修正方法，也无法很好控制温差及数据可靠性，保证其精度范围。如何解决以上三大问题作为金属高温实验温度控制技术的一个难点。

由于金属样板从出炉移动至实验平台的温降过程由于环境巨大温差而不可避免，同时温降的过程中，金属的降温程度也不径相同，边缘处往往降温速度较快，而中心处就相对缓慢。所以如何有效的控制金属样板在炉膛加热到设定温度后出炉并移动至实验平台过程中的温降现象是金属高温实验温度控制技术中的又一个难点。

发明内容

本实用新型的目的在于设计一种金属高温实验控温模具，旨在金属样板炉内加热及出炉移动过程中的温度及温差控制，尽可能减小金属加热和移动过程中的金属板各点温差范围及移动过程中的温降，从而提高实验测试精度。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是，

金属高温实验控温模具，其包括，上盖，其包括上盖板和侧板，形成一腔体；上盖板上开设分布有锥形小孔，孔径上小下大；侧板上同样开设分布有小孔，小孔内侧孔径大于外侧孔径；底座，其包括下底板和侧板，形成一腔体，与上盖贴合形成一完整的供放置金属样板的腔体；侧板上开设分布有小孔，小孔内侧孔径大于外侧孔径；下底板底面设有支撑脚。

进一步，所述的上盖板锥形小孔为圆锥形。

又，所述的上盖和底座的侧板小孔为锥形孔，且，锥形孔内底壁为水平。

另外，本实用新型所述的上盖板与下底板在一侧端部设计成相互卡合结构。

所述的下底板底面支撑脚下接触面积较大、上面积接触较小。

所述的下底板底面设有两个支撑脚。

所述的上盖和底座的侧板为斜板设计，相互贴合形成一整体结构。

上盖板分布许多上小下大圆锥形小孔，能够在加热过程中使上盖板下方的钢材样板加热时在炉膛内可以均匀的加热、控制温差，并保证热气流的流动性及相对快速；同时在出炉移动到实验平台的过程中，利用内部圆孔径相对较大外表面圆孔径相对较小的设计，通过气压补偿的方式部分抵消空气密度梯度对热的影响，使热气上升过程中内部上升流量比外部室温环境梯度下降流量大而产生的压降，从而减缓冷热交换的速度起到控制温降的作用。

侧板小孔同样利用空气密度梯形的原理，控制外部冷空气与腔体内热空气交换流量，从而更好的控制温降及温差。

下底板，无小孔设计能够起到控制冷热气体交换频率，即炉膛内腔体内外的气体交换频率的功能，炉膛中空气的对流总是相对密度较小的热空气向上，相对密度较大的冷空气向下的过程，隔绝下底板对流作用只通过上盖板进行与外界空气对流的腔体设计能使腔体内温度变化稳定并更好的控制腔内金属样板的温差。

支膛脚的设计则是进一步完善控制腔内金属样板的温差的功能，支撑脚的设计一方面防止底板底面直接接触炉膛壁，隔绝热源透过炉膛直接热传导作用于与底板上表面完全接触的金属样板，杜绝金属样板上下表面的巨大温差的产生。同时支撑脚下方接触面积大能够保持模具的平衡，上方接触面积小则可以控制与模具下底板的接触面积在整个支撑脚(除下方接触面积)表面积的比率，减小热传导对下底板的温度影响，从而控制金属样板的温差，使与下底板接触样板的下表面及上表面的温度温差得到较好的控制。另一方面是为了能够使整个模具腔体置于炉膛空间的热循环中心位置，形成炉膛气体加热循环均匀流动及模具腔体内气体加热循环均匀流动的相对平衡循环状态，从而使金属样板可以均匀稳定的加热，达到控温、均温效果。

金属样板放置上盖板与下底板接连内部所形成的内腔中央。通过使用铗具***模具下底板支持脚的二端可以方便将整个模具放置到仪器测量有效区域，上盖板与下底板在侧面结构上有卡口设计，移动到测量工位，只需轻轻上翘起盖板，脱出卡口，上盖板便自动滑落，测量实验便可立即进行。以上机械结构设计除了方便操作外，还可以保证测量前模具对腔体内外温度有效的隔绝性，测量开始有效数据的及时性及测量进行过程中数据的相对准确性。

本实用新型的有益效果是，

1.炉子加热过程中，通过模具的设计使外部大炉膛中的温差在专业模具中得到一定控制及补偿；

2.有效压缩热传递区域空间，加快空间内热循环流通频率，从而使模具内金属样板各点受热均匀；

3.出炉过程中，通过模具的设计使金属样板与环境温度较好的隔绝，抑制了快速的温降，同时也防止了金属样板的降温程度不同导致的中心与边缘处的温差现象；

4.专用模具内部金属样板的均温保证及与外部空气的较好隔绝，可以缓解氧化现象及金属样板各点氧化程度不同的情况。

5.专用模具的设计主要考虑热力学中热传递对金属样板温度的影响因素(热辐射、热对流、热传导及相关气体密度、流量、压力)，在掌握这些因素的基础上，如何更科学有效的利用好这些因素，达到均温，控温的效果，从而提高高温实验精度的目的。

附图说明

图1a为本实用新型一实施例的俯视图；

图1b为图1a的左视图；

图1c为图1a的俯视图；

图2a为本实用新型实施例中上盖板的俯视图；

图2b为图2a的左视图；

图2c为图2a的俯视图；

图3a为本实用新型实施例中下底板的俯视图；

图3b为图3a的左视图；

图3c为图3a的俯视图。

具体实施方式

参见图1a～图3c，本实用新型的金属高温实验控温模具，其包括，上盖1，其包括上盖板11和侧板12，形成一腔体10；上盖板11上开设分布有圆锥形小孔111，孔径上小下大；侧板12上同样开设分布有小孔121，小孔121内侧孔径大于外侧孔径；底座2，其包括下底板21和侧板22，形成一腔体20，与上盖1贴合形成一完整的供放置金属样板的腔体；侧板22上开设分布有小孔221，小孔221内侧孔径大于外侧孔径；下底板底面设有两个支撑脚3。

所述的上盖1和底座2的侧板12、22上的小孔121、221为锥形孔，锥形孔121、221内底壁1211、2211为水平。

本实用新型所述的上盖板11与下底板21在一侧端部112、211设计成相互卡合结构。

所述的下底板21底面支撑脚3下接触面积较大、上面积接触较小。

本实用新型专用模具采用封闭式结构，应用热力学原理，有效地减小金属加热和移动过程中金属板各点温度差的范围及移动过程中的温降。

以炉内加热至1200℃的金属样板为例：

1、金属样板出炉移至实验台所测中心区域初始采集温度值

放置于专用模具中的金属样板：1154℃，

直接放置于炉膛中的金属样板：1067℃，

前者温度损失46℃，后者温度损失133℃。

2、金属样板出炉移至实验台所测五块区域初始采集温度值

                            左上   左下   中心   右上   右下

放置于专用模具中的金属样板：1152℃ 1148℃ 1154℃ 1155℃ 1152℃

直接放置于炉膛中的金属样板：1046℃ 1058℃ 1067℃ 1089℃ 1084℃

前者区域误差7℃，后者区域误差38℃；

3、金属样板实验台所采集中心区域有效温度值数据数量(至600℃)。

放置于专用模具中的金属样板：184；

直接放置于炉膛中的金属样板：126；

前者有效温度值数据数量是后者的1.5倍。

4、金属样板出炉后氧化情况

放置于专用模具中的金属样板：表面没有明显氧化现象。

直接放置于炉膛中的金属样板：表面部分氧化明显，有起壳现象。

通过实验所得各类采集测量数据指标，可以明显得出放置于专用模具中的金属样板较直接放置于炉膛中的金属样板在温控各方面都有较大提升。

Claims (7)

1.金属高温实验控温模具，其特征是，该模具包括，

上盖，其包括上盖板和侧板，形成一腔体；上盖板上开设分布有锥形小孔，孔径上小下大；侧板上同样开设分布有小孔，小孔内侧孔径大于外侧孔径；

底座，其包括下底板和侧板，形成一腔体，与上盖贴合形成一完整的供放置金属样板的腔体；侧板上开设分布有小孔，小孔内侧孔径大于外侧孔径；下底板底面设有支撑脚。

2.如权利要求1所述的金属高温实验控温模具，其特征是，所述的上盖板锥形小孔为圆锥形。

3.如权利要求1所述的金属高温实验控温模具，其特征是，所述的上盖和底座的侧板小孔为锥形孔，且，锥形孔内底壁为水平。

4.如权利要求1所述的金属高温实验控温模具，其特征是，所述的上盖板与下底板在一侧端部设计成相互卡合结构。

5.如权利要求1所述的金属高温实验控温模具，其特征是，所述的上盖和底座的侧板为斜板设计，相互贴合形成一整体结构。

6.如权利要求1所述的金属高温实验控温模具，其特征是，所述的下底板底面支撑脚下接触面积较大、上面积接触较小。

7.如权利要求1所述的金属高温实验控温模具，其特征是，所述的下底板底面设有两个支撑脚。

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