快速加热不起皱的金属板及其加热装置制造方法及图纸

公开一种快速加热不起皱的金属板及其加热装置，该加热装置能够可操纵地对0.01mm

【技术实现步骤摘要】
快速加热不起皱的金属板及其加热装置


[0001]本公开涉及金属热处理
，尤其涉及一种快速加热不起皱的金属板及其加热装置。

技术介绍

[0002]目前，许多材料物料模拟设备如热力模拟实验机，为了达到金属快速加热的目的，通常采用直接电极导电加热的方式，利用加热变压器给试样提供一定电压，使大电流通过试验，利用试样自身电阻达到加热目的。
[0003]而超薄不锈钢板由于其超薄的特性导致其抗弯刚度远小于厚板，更容易发生压缩失稳，导致试样失效损坏(屈曲失稳、起皱)，难以满足模拟需求。具体如图1、图2中所示，在施加电流加热后金属板料沿板料长度方向弯曲(图1)，沿板料宽度方向起皱(图 2)。

技术实现思路

[0004]经过专利技术人的长时间研究发现，发生上述问题的原因在于板料温度升高产生热膨胀，但固定电极限制了板料的长度方向的热膨胀，造成板料内部产生热应力，当热应力值高于板料临界失稳应力值，板料便会发生沿板料长度方向弯曲现象。
[0005]进一步地，在板料导电加热中，高温板料会向冷电极传递热量，在靠近导电端的区域形成温度梯度。且板料的自由膨胀受固定导电端的约束，会在板料中产生热应力。对于金属板而言，其厚度远小于常规热成形金属板，抗弯刚度较低，更容易发生失稳。当板料的热应力大于其临界应力，便会在靠近导电端(夹持端)的区域(后文称：近导电端、近夹持端)出现沿板料宽度方向的起皱现象，经过后续分析判断端部起皱应为热屈曲问题。
[0006]金属板快速加热导致端部起皱问题的决定性因素是板料近夹持端热膨胀量以及板料的抗弯刚度。在金属板的导电加热中，加热温度和线膨胀系数是决定板料近夹持端热膨胀量的关键因素，板料的厚度、宽度是影响其抗弯刚度的关键因素。本实施例以0.1mm 厚度的SS316L金属板加热为例，基于加热温度为900℃、750℃、600℃、450℃、300℃和150℃的导电加热实验，分析了加热温度和板料宽度对其起皱现象的影响。
[0007]从图3、图4来看，加热温度对超薄不锈钢板导电加热的端部起皱现象有很大的影响。随着加热温度的降低，板料端部起皱程度逐渐降低，且加热温度不超过300℃时，宽度为20mm的超薄不锈钢板不会出现端部起皱现象。
[0008]本公开再选择宽度分别为75mm、40mm、20mm、10mm和5mm的超薄不锈钢板进行导电加热实验，5个板料长度均为90mm。加热温度选择900℃，加热时间为1s，实验结果如图5所示。从图5所示的结果来看，板料宽度对超薄不锈钢板导电加热的端部起皱现象有很大的影响。随着板料宽度的降低，其端部起皱程度越来越小，对均匀加热区域的影响也随之减小。当板料宽度减小至5mm时，超薄不锈钢板导电加热过程中不会出现端部起皱现象。
[0009]综上所述，加热温度和试样宽度对金属板导电加热中的端部起皱现象有极大影响。温度越高，试样越宽，板料越容易发生起皱，且起皱程度逐渐增大。
[0010]为解决上述试样在导电加热过程中长度方向弯曲和宽度方向起皱中的至少一个问题，本公开的一个目的是提供一种消除金属板导电加热变形的加热装置。
[0011]本公开还有一个目的提供一种金属板，以避免在导电加热时在板料宽度方向起皱。
[0012]为达到上述至少一个目的，本公开采用以下技术方案：
[0013]一种快速加热不起皱的金属板，其特征在于，所述金属板为矩形板，其厚度为 0.01mm
‑
1mm，所述金属板沿其长度方向的两端分别为夹持端；所述夹持端具有沿宽度方向平行排布的多个夹持齿；相邻两个夹持齿之间具有齿缝。
[0014]优选的，所述金属板为一体成型结构；每个夹持齿沿所述金属板的长度方向延伸的长度相等；所述齿缝的宽度在所述夹持齿的宽度的五分之一以下。
[0015]优选的，所述夹持齿宽度通过以下公式确定取值范围：
[0016][0017]在绝热条件下，夹持齿的温升可由下式计算：
[0018][0019]ΔT
t
为夹持齿的温升；t
s
为板料厚度；ΔT
w1
为有效加热区的温升；w
齿
为夹持齿宽度；α为材料线膨胀系数。
[0020]优选的，所述齿缝宽度通过以下公式确定取值范围：
[0021][0022]其中，t
s
为板料厚度；t为加热时间；T0为加热前板料的温度；m.p.为材料熔点；α为材料线膨胀系数；ΔT
齿
为夹持齿的温度变化量；w
缝
为齿缝宽度；w1为金属板宽度。
[0023]一种用于对如上任意一项实施方式所述金属板加热的加热装置，所述加热装置包括：底座；设在底座上的第一夹持电极机构和第二夹持电极机构；所述第一夹持电极机构和第二夹持电极机构之间设有用于放置金属板的夹持区域。
[0024]优选的，所述第一夹持电极机构和所述第二夹持电极机构中的至少一个沿金属板的长度方向可移动地设置。
[0025]优选的，所述加热装置能够可操纵地对0.01mm
‑
1mm，尤其为0.03mm
‑
0.15mm厚度的金属板实现最高1500℃/s的升温速率加热；所述夹持电极机构包括绝缘电木夹、设在所述绝缘电木夹的导电端的电极；所述绝缘电木夹远离所述导电端的另一端设有用于控制所述导电端夹紧释放的夹紧系统；所述电极包括上下相对的两个电极块，其中一个电极块朝向另一电极块的表面设有橡胶垫，所述夹持端被夹持在所述橡胶垫和所述电极块的表面之间。
[0026]优选的，所述第二夹持电极机构固定设置在底座上，所述第一夹持电极机构沿金属板的长度方向可移动地设置在底座上在夹持金属板的初始位置被施加有远离所述第二
夹持电极机构移动方向的作用力。
[0027]优选的，所述底座固定设有沿金属板的长度方向延伸的导轨；所述第一夹持电极机构可滑动地设在所述导轨上；所述底座上还设有连接所述第一夹持电极机构的弹性件；所述弹性件向所述第一夹持电极机构施加向远离所述金属板方向运动的作用力；所述弹性件能在所述第一夹持电极机构夹持所述金属板时向所述第一夹持电极机构施加大于或等于所述第一夹持电极机构与所述导轨之间摩擦力的作用力。
[0028]优选的，所述弹性件为在所述第一夹持电极机构夹持所述金属板时处于拉伸状态的至少一个拉簧；所述弹性件通过可拆装地增减拉簧的数量和/或更换不同弹性模量的拉簧以调节向所述第一夹持电极机构的作用力；所述第一夹持电极机构的底部设有滑块；所述滑块行走设置在沿金属板的长度方向延伸的导轨的轨道槽中。
[0029]优选的，所述绝缘电木夹包括下夹体和上夹体；所述上夹体通过枢转轴可转动地安装于下夹体上，所述下夹体的导电端固定有下电极板；所述上夹体的导电端设有安装槽，所述安装槽中固定安装有位于下电极板上方的T型上电极板；所述下夹体远离导电端的一端设有凸起台；所述夹紧系统包括可转动地安装与所述上夹体远离导电端的一端的偏心轮，所述偏心轮可转动地贴合在凸起台上并固设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速加热不起皱的金属板，其特征在于，所述金属板为矩形板，其厚度为0.01mm
‑
1mm，所述金属板沿其长度方向的两端分别为夹持端；所述夹持端具有沿宽度方向平行排布的多个夹持齿；相邻两个夹持齿之间具有齿缝。2.如权利要求1所述的金属板，其特征在于，所述金属板为一体成型结构；每个夹持齿沿所述金属板的长度方向延伸的长度相等。3.如权利要求1所述的金属板，其特征在于，所述夹持齿宽度通过以下公式确定取值范围：在绝热条件下，夹持齿的温升可由下式计算：ΔT
t
为夹持齿的温升；t
s
为板料厚度；ΔT
w1
为有效加热区的温升；w
齿
为夹持齿宽度；α为材料线膨胀系数。4.如权利要求1所述的金属板，其特征在于，所述齿缝宽度通过以下公式确定取值范围：其中，t
s
为板料厚度；t为加热时间；T0为加热前板料的温度；m.p.为材料熔点；a为材料线膨胀系数；ΔT
齿
为夹持齿的温度变化量；w
缝
为齿缝宽度；w1为金属板宽度。5.一种用于对如权利要求1至4任意一项所述金属板加热的加热装置，其特征在于，所述加热装置包括：底座；设在底座上的第一夹持电极机构和第二夹持电极机构；所述第一夹持电极机构和第二夹持电极机构之间设有用于放置金属板的夹持区域；所述第一夹持电极机构和所述第二夹持电极机构中的至少一个沿金属板的长度方向可移动地设置。6.如权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置能够可操纵地对0.01mm
‑
1mm厚度的金属板实现10
‑
1500℃/s的升温速率加热；所述夹持电极机构包括绝缘电木夹、设在所述绝缘电木夹的导电端的电极；所述绝缘电木夹远离所述导电端的另一端设有用于控制所述导电端夹紧释放的夹紧系...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵峻英，明平文，侯泽然，何志康，杨代军，郭楠，张存满，林建平，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：