[发明专利]推拉式多槽双侧箱热应力预制微裂纹冷却装置

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种预制棒料V型槽尖端微裂纹的实验装置，属于机械制造领域。 

二、背景技术

目前低应力精密下料方法均先采用车削方法预制棒料V型槽，由于车削磨损及其寿命问题，导致V型槽的根部圆角半径不能太小，从而使V型槽尖端应力集中不可能太大，导致下料力仍很大，并且对具有较大圆角半径的环状V型槽加载后形成初始微裂纹所用时间占据了下料总时间的80％以上，进而下料效率低。因而提出了在下料前，首先对带有环形V型槽的实验棒料在其V型槽尖端预制微裂纹，以尽量缩短裂纹的萌生时间，提高下料效率。 

热应力预制裂纹方法是利用材料的热胀冷缩原理，通过在棒料的不同位置处制造温度梯度而在棒料内产生热应力，由于V型槽底部附近的三向应力作用，在塑性变形时V型槽底部附近将产生很大的热拉应力，当该热拉应力超过相对应温度下材料的强度极限后，就会在V型槽底部附近弹塑性区的交界处产生微裂纹。在热应力预制裂纹方法中，通过先将棒料整体加热到高温，然后用石棉垫保护棒料的V型槽部分，并对V型槽之间的棒料部分进行喷水快速冷却，即分段同时冷却。在冷却过程中，由于棒料内部和表面、V型槽和水流直接作用的棒料表面都存在温度差，这将导致强烈的热应力效果，由于V型槽尖端的三向应力的作用，V型槽的底部附近的热拉应力将会更大。当该热拉应力超过相对应温度下材料的强度极限后，就会在V型槽底部附近弹塑性区的交界处产生微裂纹。 

经过多次的热应力预制裂纹实验，发现现有的实验装置存在棒料V型槽处被保护程度差、棒料表面冷却不均、棒料送入冷却装置困难等缺点。导致出现上述不足的主要原因是，在现有的冷却装置中，每个独立的插片是一体的，由于既要保证棒料V型槽部分被石棉垫密实保护，又要确保使热的棒料快速沿各个插片孔送入到位，这样棒料送入冷却装置时就很困难，且只有一个进水口将冷却水喷射在棒料的上表面，因此热应力预制V型槽尖端裂纹效果不是很好，特别是对有些塑性金属材料，效果更不明显。 

综上所述，本发明提出了一种新的推拉式多槽双侧箱热应力预制微裂纹冷却装置，并完成了其机械结构部件的设计开发。 

三、发明内容

为了实现棒料的快速有效冷却，本发明设计了一种热应力预制裂纹冷却装置。该装置操作简单、效率高、可靠性。其主要部件包括上端盖、固定侧箱、带有推拉手柄的活动侧箱、插片、石棉垫、进水管支撑、隔板以及水槽等。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用带有推拉手柄的多槽式可活动侧箱，针对不同直径的实验棒料，利用不同几何尺寸的两半可配插片来有效保护棒料V型槽部分，同时棒料可迅速送入冷却装置并能准确地对准V型槽，进而实现棒料的充分激冷。采用在棒料圆周上及其轴向上4个均布位置处分别设置多排进水口，使不被石棉垫保护的长棒料环形表面在较短的时间内冷却均匀。为了对具有不同V型槽间距的棒料进行分段强制快速冷却，采用插片的形式来调节间距，即在冷却体的左右内壁上加工出相隔一定距离的多组插槽。插片由圆形夹紧板、矩形插板、石棉垫等连接组成。冷却时根据棒料上V型槽的位置调整插片的位置，以达到不被石棉垫保护的长棒料环形表面的最佳冷却效果。插片分成两部分，其中一半固定，一半随活动侧箱运动。棒料送入冷却装置后，确认各个V型槽与相应石棉垫对准后，将活动侧箱合上，从进水口进入一定压力和流量的冷水对棒料表面进行喷水冷却。若棒料直径改变，可以替换不同几何尺寸的插片。进水处设有与进水管相连的进水管支撑装置，四个出水口流出的水最终进入水槽。 

本发明的有益效果是，棒料可以快速准确地送入冷却装置，V型槽可以有效的被保护，四个不同方向对棒料表面喷水，实现充分水冷，且棒料V型槽间距可调，操作简单。 

四、附图说明

图1是本发明的内部结构示意图。 

图2是整体结构示意图。 

图3是插片示意图。 

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。 

五、具体实施方式

在图1中，一定几何尺寸的棒料(1)放入该冷却装置后，此时棒料V型槽所在位置恰好与相应插片(11)对齐，之后合上活动侧箱(2)，冷却水从四个不同方向进入冷却装置并对棒料表面进行快速喷射。上端盖(10)底部、活动侧箱(2)内侧、固定侧箱(8)内侧、水槽(3)上都设置有类似隔板(6)结构的对应隔板。隔板上钻螺纹孔(5)。活动侧箱和固定侧箱的隔板上均有插槽(9)。活动侧箱上还设有推拉手柄。水槽下端设出水口(4)。