[发明专利]松散物料致密成型过程力学行为测试装置及其测试方法

权利要求书

1.一种松散物料致密成型过程力学行为测试装置，其特征在于：包括

起固定支撑作用的基座单元；

用于压制松散物料的模具单元；

对模具单元起定位作用的套筒单元；

所述基座单元包括下底板（1）、上底板（3）、模具支撑环（4）和N个支撑柱（2），N≥4，下底板（1）和上底板（3）平行间隔设置，两者之间通过N个环形分布的支撑柱（2）连接固定，上底板（3）中心设有一个二阶台阶孔，位于上方的第一阶台阶孔直径大于位于下方的第二阶台阶孔直径，模具支撑环（4）内壁自上向下设有一个环形凹槽，形成台阶面，模具支撑环（4）的外壁与上底板（3）的第一阶台阶孔之间采用过渡配合；

所述套筒单元包括下定位环（5）、套筒（6）和上定位环（7）；模具支撑环（4）位于下定位环（5）中心，两者之间存在间隙，下定位环（5）与上底板（3）的顶面固连，套筒（6）筒身上均匀分布m行n列通孔，6≤m≤12，3≤n≤8，下定位环（5）的顶面与套筒（6）一端固连，上定位环（7）设置在套筒（6）的另一端，两者过渡配合，模具单元设置在套筒（6）内，其一端穿过套筒（6）设置在基座单元的下底板（1）上；

所述模具单元包括位移传感器（8）、第一测力传感器（9）、模具（10）、压制轴（11）、应变片（12）、底塞（13）、第二测力传感器（14）和数据采集装置；模具（10）为厚壁圆筒，用于充当被压缩松散物料的容器，模具（10）设置在套筒（6）内，一端与上定位环（7）之间采用间隙配合，另一端设置在模具支撑环（4）内，通过模具支撑环（4）的台阶面定位；压制轴（11）设置在模具（10）内，其直径小于模具（10）的内径，且压制轴（11）的长度大于模具（10）的长度；第二测力传感器（14）位于模具支撑环（4）正下方的下底板（1）上，底塞（13）穿过模具支撑环（4），其底面设置在第二测力传感器（14）上，顶面外壁与模具（10）采用间隙配合；第一测力传感器（9）固定在压制轴（11）的顶面，若干组应变片（12）沿模具（10）外壁的轴向间隔设置，每组的应变片（12）的测试方向为周向，用于测试压制过程中模具（10）外壁的径向应变；位移传感器（8）设置在模具（10）的斜上方，用于采集压制轴（11）的轴向位移；位移传感器（8）、第一测力传感器（9）、应变片（12）和第二测力传感器（14）分别与数据采集装置连接，进行数据采集。

2.根据权利要求1所述的松散物料致密成型过程力学行为测试装置，其特征在于：所述压制轴（11）的直径与模具（10）的内径差值为0.5~1mm。

3.根据权利要求1所述的松散物料致密成型过程力学行为测试装置，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）的壁厚为5±1mm，内径为10mm~30mm。

4.根据权利要求1所述的松散物料致密成型过程力学行为测试装置，其特征在于：所述每组的应变片（12）包含两个对称布置的应变片，每组的应变片（12）之间的轴向距离为10±1mm 。

5.根据权利要求1所述的松散物料致密成型过程力学行为测试装置，其特征在于：所述压制轴（11）为实心圆柱，用于压制模具（10）内的松散物料。

6.一种基于权利要求1所述的松散物料致密成型过程力学行为测试装置的测试方法，其特征在于，方法步骤如下：

步骤1、将万能试验机或液压缸的运动部件设置在所述松散物料致密成型过程力学行为测试装置的第一测力传感器（9）的顶部，使第一测力传感器（9）和压制轴（11）能在万能试验机或液压缸的作用下以稳定的速度轴向移动；

步骤2、启动万能试验机或液压缸，使压制轴（11）以稳定的速度向上运动，直到压制轴（11）的底部离开模具（10），并保证有足够的空间向模具（10）中添加待压制的松散物料，停止压制轴（11）；

步骤3、将一定量的待压制的松散物料放入模具（10）内，启动万能试验机或液压缸，使压制轴（11）以稳定的速度向下运动，对松散物料进行压制；

步骤4、位移传感器（8）、第一测力传感器（9）、应变片（12）和第二测力传感器（14）在数据采集装置的控制下采集数据，记录整个压制过程中的位移、力及应变；

步骤5、结合位移传感器（8）对压制轴（11）的位移进行监测，直到模具（10）内松散物料的密度达到1±0.1g/cm³，停止压制轴（11），保持停止状态30s~120s，得到致密物料；

步骤6、重复步骤2~步骤5，直到所有松散物料压制完毕；

步骤7、使压制轴（11）上行，向上抬起模具（10）以消除致密物料对底塞（13）的作用力，从而将底塞（13）和第二测力传感器（14）取出，使压制轴（11）停止；

步骤8、使压制轴（11）下行，直到将致密物料从模具（10）中挤出；

步骤9、利用位移传感器（8）、第一测力传感器（9）和应变片（12）记录挤出过程中的位移、力和应变，研究松散物料致密成型过程中的力学行为。