一种用于评估热冲压过程中模具与试样之间的界面温度与界面换热系数关系的装置，包括冷却装置、试样固定装置、温度检测装置和数据处理系统，所述冷却装置包括上工装和下工装，所述试样固定装置放置在上工装的上表面，所述试样固定装置靠近上工装的一侧设有温度检测装置；所述上工装内部设有数根支撑柱，所述支撑柱之间的空腔为冷却水通道，所述冷却水通道与冷却水进口、冷却水出口分别相连。本发明专利技术还公开了一种评估热冲压过程中模具与试样之间的界面温度与界面换热系数关系的方法。本发明专利技术提供了一种用于评估热冲压过程中模具与试样接触面的界面温度与界面换热系数之间的装置及方法，为界面系数的测试提供了相应的理论基础。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及界面温度与界面换热系数关系的测定装置及方法，尤其涉及热冲压过程中模具表面温度与界面换热系数关系测试装置及方法，属于高强度钢板热冲压
技术介绍
常规热传导过程是根据已知的初始条件或边界条件，求解传热体内部的温度变化，是一种适定问题。反向热传导问题(Inverse Heat Conduction Problem, IHCP)是一种不适定问题。IHCP是根据传热体温度的变化情况计算传热体的边界条件或初始条件即通过在传热体内部安装热传感器，利用热传感器记录传热体内部相应位置的温度变化，再利用适当的计算方法根据温度变化情况确定传热体的初始条件或边界条件。目前，国内外的学者已经提出了多种数值解析方法解决IHCP。由于反传热问题是一种不适定问题，它的求解要比常规热传导过程复杂许多，选择简便、可靠的方法研究反向热传导问题，在实际工程应用中具有重要价值。根据传热体的温度变化求解传热体与周围介质之间的换热系数，是多种IHCP中的一种，国内外许多学者对这种反向热传导问题进行了研究。Osman和Beck通过在球体内设置热传感器记录球体内部的温度变化情况，利用反向热传导方法计算淬火球体与冷却介质之间的界面换热系数，计算结果表明利用反向热传导方法得到的换热系数与理论值吻合较好。Naylor和Osthuizens利用传感器测量试样冷却过程中的温度场，根据测量得到的温度曲线用迭代法处理反向热传导问题，并得到了试样与冷却介质之间的换热系数。顾剑锋等研究了用反传热方法计算表面综合换热系数的基本原理和算法，利用反向热传导法得到了冷却水及淬火油与淬火硼钢之间的界面换热系数，研究结果表明采用适当时间步长(O. Ols)及有限元网格的尺寸(1mm)，多点法能够更为准确地反映表面综合换热系数随表面温度的变化情况。陈乃录等为了测量和计算工业条件下淬火油在不同流速下的换热系数，采用超声波多普勒流量计测定了介质的流速，用120X120X20 mm3平板状试样和反传热法测定与计算了换热系数。程眉等将Beck反算法应用于淬火过程边界条件的计算，开发了温度场模拟过程边界条件的处理程序，实现了在淬火过程中试样瞬态温度场的模拟。程赫明等针对45钢试样的冷却水淬火和高压气体淬火过程，利用显示有限差分法、非线性估计法和由热传感器测试得到的温度，进行反向热传导求解，得到了 45#钢与冷却水之间随温度变化的边界换热系数，以及45#钢与高压气体之间随温度变化的边界换热系数。对于其它类型的IHCP，国内外的学者也进行了相应的研究工作。杨晨等提出了一种基于Levenberg-Marquardt迭代过程求解非线性热传导逆问题(预测材料热物性参数)的方法，以平板内的一维非稳态热传导为研究对象，在准确的数值计算结果上施加非均匀随机误差来模拟瞬态温度实验数据，应用该方法分别对热传导系数和比热容为常数，以及热传导系数和比热容为温度的函数等情况进行了预测。钱炜祺等在采用有限体积法数值求解三维非稳态热传导问题的基础上，将表面热流的逆向求解问题转化为优化问题，建立了顺序函数法和共轭梯度法两种逆向求解算法；采用这两种算法对一个典型算例进行了求解，计算结果表明所建立的两种逆向求解算法均具有较好的抗噪性能。唐中华等借鉴迭代正则化方法，建立了利用材料内部温度场的测量结果反向计算材料热传导系数随时间和空间位置变化函数的伴随方程法，在优化过程中给目标函数设置停止准则；通过典型算例计算表明，该方法在测量噪声较小情况下能得出较为合理的逆向求解结果。SomchartChantasiriwan通过连续函数法计算一维线性热传导问题的边界热流和边界温度，得到了与时间相关的Biot值，研究结果表明Biot的表达式是与所测量的温度相关的非线性方程。另外，Lesnic、Kim、Park、Taler、Shen> Tseng等学者分别利用边界单元法、区域分解法、积分法、迦辽金法、有限体积法、迭代调整法、灵敏度法等方法对反向热传导问题进行了研究，计算了试样界面处随时间变化的边界热流。热冲压技术，是将硼钢钢板(初始强度为500 600MPa)加热至奥氏体化状态(加热至850 950摄氏度，并保温5 7分钟)，然后快速转移到模具中高速冲压成型，在保证一定压力的情况下，制件在模具本体中以大于27°C /s的冷却速度进行淬火处理，保压淬火约4 10s，以获得具有均匀马氏体组织的超高强钢零件的成形方式。数值模拟方法是研究硼钢热冲压工艺的一种重要手段。在利用数值模拟方法研究硼钢热冲压工艺时，需要相应的热冲压关键参数，包括硼钢的各种热物性参数、力学性能参数，接触边界参数等。其中，接触边界参数是最关键的参数之一，其准确程度直接影响温度场、应力应变场和组织场的求解精度。接触边界参数包括界面换热系数、界面温度以及界面换热系数与界面温度之间的关系。目前，已公开发表的文献和专利中，均没有涉及接触界面温度与界面换热系数之间的关系。
技术实现思路
本专利技术根据现有技术中界面温度与界面换热系数之间关系的研究现状，提供了一种用于评估热冲压过程中模具与试样之间的界面温度与界面换热系数关系的装置及方法。本专利技术的技术方案是一种用于评估热冲压过程中模具与试样之间的界面温度与界面换热系数关系的装置，包括冷却装置、试样固定装置、温度检测装置和数据处理系统，所述冷却装置包括上工装和下工装，所述试样固定装置放置在上工装的上表面，所述试样固定装置靠近上工装的一侧设有温度检测装置；所述上工装内部设有数根支撑柱，所述支撑柱之间的空腔为冷却水通道，所述冷却水通道与冷却水进口、冷却水出口分别相连；所述试样固定装置包括保温套和位于保温套内部的试样放置区，所述保温套唯一的开口面与上工装的上表面接触；所述温度检测装置的一端穿透保温套进入试样放置区，所述温度检测装置的安装方向与传热方向垂直，所述温度检测装置与温度采集模块相连。优选的是，所述上工装与下工装通过紧固螺钉相连。优选的是，所述上工装与下工装接触的下表面设有密封槽，所述密封槽内安装有密封圈。优选的是，所述保温套由绝热保温材料缠绕多层构成；所述温度检测装置放置在温度检测装置安装孔中，所述温度检测装置为热电偶。优选的是，所述绝热保温材料为导热系数低的耐火纤维纸，所述缠绕的厚度不小于为IOmm ;所述温度检测装置安装孔与上工装上表面的距离为2mm。优选的是，所述上工装的上表面厚度为2mm，所述上工装与下工装的材质均为4Cr5MoSiV0一种评估热冲压过程中模具与试样之间的界面温度与界面换热系数关系的方法，包括以下步骤①将加热装置的温度设定为要求的测试温度，向加热装置中通入保护气体，启动加热装置；②将试样放置在保温套内，将温度检测装置穿透保温套，并固定在试样上，得到准备好的试样固定装置；③将上工装与下工装固定在一起，得到冷却装置，并通入冷却水；④将步骤②准备好的试样固定装置放入加热装置中，待温度达到设定温度后，继续保温30min，保证试样各处温度均匀且达到设定值；⑤将加热好的试样固定装置从加热装置中取出，放置在绝热保温介质上，然后将温度检测装置通过数据采集模块与数据处理系统相连；⑥将试样转移到冷却装置上，采集数据lOmin，得到冷却曲线；⑦根据采集到的冷却曲线，采用反向热传导技术和有限元技术对冷却曲线进行耦本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于评估热冲压过程中模具与试样的界面温度与界面换热系数关系的装置，其特征在于：包括冷却装置、试样固定装置、温度检测装置，所述冷却装置包括上工装（11）和下工装（10），所述试样固定装置放置在上工装（11）的上表面，所述试样固定装置靠近上工装（11）的一侧设有温度检测装置（5）；???所述上工装内部设有数根支撑柱（9），所述支撑柱（9）之间的空腔为冷却水通道，所述冷却水通道与冷却水进口（1）、冷却水出口（4）分别相连；???所述试样固定装置包括保温套（3）和位于保温套（3）内部的试样放置区（2），所述保温套（3）唯一的开口面与上工装（11）的上表面接触；所述温度检测装置（5）的一端穿透保温套（3）进入试样放置区（2），所述温度检测装置（5）的安装方向与传热方向垂直，所述温度检测装置（5）与温度采集模块（6）相连。
【技术特征摘要】
1.一种用于评估热冲压过程中模具与试样的界面温度与界面换热系数关系的装置，其特征在于包括冷却装置、试样固定装置、温度检测装置，所述冷却装置包括上工装(11)和下工装(10)，所述试样固定装置放置在上工装(11)的上表面，所述试样固定装置靠近上工装(11)的一侧设有温度检测装置(5)；所述上工装内部设有数根支撑柱(9)，所述支撑柱(9)之间的空腔为冷却水通道，所述冷却水通道与冷却水进口(I)、冷却水出口(4)分别相连；所述试样固定装置包括保温套(3 )和位于保温套(3 )内部的试样放置区(2 )，所述保温套(3)唯一的开口面与上工装(11)的上表面接触； 所述温度检测装置(5 )的一端穿透保温套(3 )进入试样放置区(2 )，所述温度检测装置(5)的安装方向与传热方向垂直，所述温度检测装置(5)与温度采集模块(6)相连。2.根据权利要求1所述的一种用于评估热冲压过程中模具与试样的界面温度与界面换热系数关系的装置，其特征在于所述上工装(11)与下工装(10 )通过紧固螺钉相连。3.根据权利要求1所述的一种用于评估热冲压过程中模具与试样的界面温度与界面换热系数关系的装置，其特征在于所述上工装(11)与下工装(10)接触的下表面设有密封槽(13)，所述密封槽(13)内安装有密封圈(8)。4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种用于评估热冲压过程中模具与试样的界面温度与界面换热系数关系的装置，其特征在于所述保温套(3)由绝热保温材料缠绕多层构成；所述温度检测装置(5 )放置在温度检测装置安装孔中，所述温度检测装置(5 )为热电偶。5.根据权利要求4所述的一种用于评估热冲压过程中模具与试样的界面温度与界面换热系数关系的装置，其特征在于所述绝热保温材料为导热系数低的耐火纤维纸，所述缠绕的厚度不小于IOmm ;所述温度检测装置安装孔与上工装(11)上表面的距离为2mm。6.根据权利要求1所述的一种用于评估热冲压过程中模具与试样的界面温度与界面换热系数关系的装置，其特征在于所述上工装(11)的上表面厚度为2mm，所述上工装(11)与下工装(10)的材质均为4Cr5MoSiV。7.根据权利要求1所述的一种用于评估热冲压过程中模具与试样的界面温...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺连芳，李辉平，崔洪芝，孙金全，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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