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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：本发明公开了热气压成形工艺模具‑管件界面传热系数测试装置及方法，该装置通过气源控制柜调节气体流量来控制气体在环境箱中停留时间，进而改变气体温度；调节气体压力来调节管件与模腔的接触状态，进而调控管件的冷却过程。管件采用气体淬火可有效模拟热气压成形过程，通过测定传热系数以控制冷却行为，有效改善组织性能及实现尺寸精度控制。管件采用自阻加热可实现管件的快速升温，显著提高了管件的加热速率，避免了管件由加热炉转移至模具过程中的热量损耗。该测量方法实现了传热系数的精准测定，在工艺上控制其热气压成形后的管件模具界面的冷却行为，同时为仿真提供准确的边界条件。

主权项：1.热气压成形工艺模具-管件界面传热系数的测试方法，其特征在于，利用热气压成形工艺气体模具-管件界面传热系数测试装置进行测试，所述热气压成形工艺模具-管件界面传热系数测试装置，包括金属管件1、自阻加热系统、测温与控温系统、模具与机械控制系统、冷却控制系统；所述金属管件1为薄壁管件；所述的自阻加热系统，包括高频开关电源、导线和电极；电极夹持固定于金属管件1两端，电极上下两侧经由导线与高频开关电源连接，通过高频开关电源输出高额直流电经由导线流经金属管件，利用金属管件1自身电阻进行快速加热；所述的测温与控温系统，包括控温箱、多个热电偶7、控温元件9和多路温度记录仪；模具8的上、下模内部不同位置插入控温元件9，控温元件9连接控温箱对模腔内的温度进行调节，保证模具温度均匀；上、下模不同位置插入热电偶7，一部分热电偶直接与金属管件1接触，实时监控金属管件1的温度，另一部分热电偶留在上、下模中，用于测量模具内部不同位置温度；并通过多路温度记录仪记录换热过程中管件与模具不同位置的温度变化，进而用于传热计算；所述的模具与机械控制系统，包括合模压机、模具8；模具8的上模连接于合模压机，用于合模，模具8的下模固定于合模压机台面；模具8的上、下模之间用于放置金属管件1；所述的冷却控制系统，包括气源13、气源控制柜12和环境箱11，气源13流出气体经由气源控制柜12调节气体流量压力，流经环境箱11进行气体介质温度预调节，达到所需温度后充入高温金属管件1内部，金属管件1两端由密封塞10密封，由管件内部气压及气体温度控制其在模内的淬火速度；所述方法具体步骤包括：步骤一，控温箱连接控温元件9将模具8控温为Tdie，并保温一段时间，保证模具内部各点温度均匀；步骤二，调节高频开关电源电流输出，利用电阻加热对密封金属管件1在可控加热速率H下加热，通过测温与控温系统实时监测金属管件温度，保证管件温度场均匀；步骤三，金属管件1达到目标温度后，快速合模，合模后对上模进行保压，保证充气淬火过程中管件与模具的充分接触；通过气源控制柜12调节充入金属管件1中空气或惰性气体的加压速率，至达到目标压力，传热过程始终保持管内为目标压力的恒压环境，管件发生弹性变形后贴靠模具，对管件进行气体淬火；步骤四，高温管件与模具在气体压力作用下，发生界面换热，进而影响模具内部温度场，测温与控温系统记录传热过程中管件与模具内部各点的温度演变数据，直至换热过程结束管件与模具温度一致；步骤五，计算管件与模具间的传热系数，具体计算过程如下：模具各点温度由以下偏微分方程描述： 下标d表示模具；k表示热导率；ρ表示密度；c表示比热；Tdt表示模具任一点xd在时刻t时温度；为了求解偏微分方程2，使用有限差分法差分格式： 式中αd＝kdρdcd；下标ii＝1，2，...，n表示模具表面位置及内部热电偶位置；Δx表示两相邻热电偶距离；方程3用矩阵形式表示： 其中的系数是： 通过带入模具表面温度猜测值，利用最小二乘法计算，以使模具内部各点的计算温度与实测温度之间的差值最小化，误差函数为： Td,ei，Td,ci分别为某一时间模具内部不同点的实测温度和计算温度；设管件内部各点温度一致，热通量值为0，模具热通量由方程5给出： 式中为模具表面温度；模具表面相邻位置热电偶温度； 为模具热通量；模具与管件界面处传热系数由方程6计算得出： 式中h为传热系数；为管件表面温度；为模具表面温度；为模具热通量。

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