[發明專利]松散物料致密成型過程力學行為測試裝置及其測試方法

有效

• 申請號: 201710396368.8
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107036893B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 孫宇;王禹;武凱;丁武學;曹春平
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/12;G01N3/06;G01N19/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

1.一種松散物料致密成型過程力學行為測試裝置，其特征在于：包括

起固定支撐作用的基座單元；

用于壓制松散物料的模具單元；

對模具單元起定位作用的套筒單元；

所述基座單元包括下底板（1）、上底板（3）、模具支撐環（4）和N個支撐柱（2），N≥4，下底板（1）和上底板（3）平行間隔設置，兩者之間通過N個環形分布的支撐柱（2）連接固定，上底板（3）中心設有一個二階臺階孔，位于上方的第一階臺階孔直徑大于位于下方的第二階臺階孔直徑，模具支撐環（4）內壁自上向下設有一個環形凹槽，形成臺階面，模具支撐環（4）的外壁與上底板（3）的第一階臺階孔之間采用過渡配合；

所述套筒單元包括下定位環（5）、套筒（6）和上定位環（7）；模具支撐環（4）位于下定位環（5）中心，兩者之間存在間隙，下定位環（5）與上底板（3）的頂面固連，套筒（6）筒身上均勻分布m行n列通孔，6≤m≤12，3≤n≤8，下定位環（5）的頂面與套筒（6）一端固連，上定位環（7）設置在套筒（6）的另一端，兩者過渡配合，模具單元設置在套筒（6）內，其一端穿過套筒（6）設置在基座單元的下底板（1）上；

所述模具單元包括位移傳感器（8）、第一測力傳感器（9）、模具（10）、壓制軸（11）、應變片（12）、底塞（13）、第二測力傳感器（14）和數據采集裝置；模具（10）為厚壁圓筒，用于充當被壓縮松散物料的容器，模具（10）設置在套筒（6）內，一端與上定位環（7）之間采用間隙配合，另一端設置在模具支撐環（4）內，通過模具支撐環（4）的臺階面定位；壓制軸（11）設置在模具（10）內，其直徑小于模具（10）的內徑，且壓制軸（11）的長度大于模具（10）的長度；第二測力傳感器（14）位于模具支撐環（4）正下方的下底板（1）上，底塞（13）穿過模具支撐環（4），其底面設置在第二測力傳感器（14）上，頂面外壁與模具（10）采用間隙配合；第一測力傳感器（9）固定在壓制軸（11）的頂面，若干組應變片（12）沿模具（10）外壁的軸向間隔設置，每組的應變片（12）的測試方向為周向，用于測試壓制過程中模具（10）外壁的徑向應變；位移傳感器（8）設置在模具（10）的斜上方，用于采集壓制軸（11）的軸向位移；位移傳感器（8）、第一測力傳感器（9）、應變片（12）和第二測力傳感器（14）分別與數據采集裝置連接，進行數據采集。

2.根據權利要求1所述的松散物料致密成型過程力學行為測試裝置，其特征在于：所述壓制軸（11）的直徑與模具（10）的內徑差值為0.5~1mm。

3.根據權利要求1所述的松散物料致密成型過程力學行為測試裝置，其特征在于：所述模具（10）的外壁的表面粗糙度Ra值≤3.2；模具（10）的壁厚為5±1mm，內徑為10mm~30mm。

4.根據權利要求1所述的松散物料致密成型過程力學行為測試裝置，其特征在于：所述每組的應變片（12）包含兩個對稱布置的應變片，每組的應變片（12）之間的軸向距離為10±1mm 。

5.根據權利要求1所述的松散物料致密成型過程力學行為測試裝置，其特征在于：所述壓制軸（11）為實心圓柱，用于壓制模具（10）內的松散物料。

6.一種基于權利要求1所述的松散物料致密成型過程力學行為測試裝置的測試方法，其特征在于，方法步驟如下：

步驟1、將萬能試驗機或液壓缸的運動部件設置在所述松散物料致密成型過程力學行為測試裝置的第一測力傳感器（9）的頂部，使第一測力傳感器（9）和壓制軸（11）能在萬能試驗機或液壓缸的作用下以穩定的速度軸向移動；

步驟2、啟動萬能試驗機或液壓缸，使壓制軸（11）以穩定的速度向上運動，直到壓制軸（11）的底部離開模具（10），并保證有足夠的空間向模具（10）中添加待壓制的松散物料，停止壓制軸（11）；

步驟3、將一定量的待壓制的松散物料放入模具（10）內，啟動萬能試驗機或液壓缸，使壓制軸（11）以穩定的速度向下運動，對松散物料進行壓制；

步驟4、位移傳感器（8）、第一測力傳感器（9）、應變片（12）和第二測力傳感器（14）在數據采集裝置的控制下采集數據，記錄整個壓制過程中的位移、力及應變；

步驟5、結合位移傳感器（8）對壓制軸（11）的位移進行監測，直到模具（10）內松散物料的密度達到1±0.1g/cm³，停止壓制軸（11），保持停止狀態30s~120s，得到致密物料；

步驟6、重復步驟2~步驟5，直到所有松散物料壓制完畢；

步驟7、使壓制軸（11）上行，向上抬起模具（10）以消除致密物料對底塞（13）的作用力，從而將底塞（13）和第二測力傳感器（14）取出，使壓制軸（11）停止；

步驟8、使壓制軸（11）下行，直到將致密物料從模具（10）中擠出；

步驟9、利用位移傳感器（8）、第一測力傳感器（9）和應變片（12）記錄擠出過程中的位移、力和應變，研究松散物料致密成型過程中的力學行為。