多功能热力模拟实验机的研究与开发

　　金属材料在连铸、压力加工、热处理、焊接等热加工工艺中,以及在产成品的实际使用过程中,会产生各种物理/力学行为;为了改善加工工艺,提高产品质量及性能,保证安全使用,需要应用各种模拟技术进行提前预报·20世纪70年代以来,随着计算机技术的发展,物理模拟、数值模拟及与其相关的专家系统,已逐渐在材料科学和材料加工工程领域得到应用与发展,并推动该领域的研究由“经验”走向“科学”,由“定性”走向“定量”分析·这对新材料的研制和新工艺的开发起了巨大的推动作用,带来了显著的经济效益[1,2]·

　　热力模拟技术是冶金材料研究的重要手段,在新品开发和工艺优化中起重要作用·由于它既可以节省现场工业实验的大量费用、时间和精力,又可以对所要求的各种参数进行精确的测量与控制,为工业大生产过程积累必要的参数,提供指导·近20多年,热力模拟技术及其装置已广泛用于钢铁材料热加工过程的研究,成为开发新材料及测定热加工过程组织演变规律的关键设备[3,4]·

　　热力模拟实验机是现代材料加工过程实验研究的一种现代化工具,它融材料学、传热学、力学、机械学、工程检测技术,以及计算机等领域的知识与技能为一体,成为一种综合性的实验设备·目前,应用较多的热力模拟实验机主要是Gleeble系列热力模拟实验机和Thermecmastor热力加工模拟设备,目前尚无功能齐全、控制精度高的国产设备·所以开发一种新型的热力模拟实验机具有重要的现实意义和良好的应用背景·本文给出了研制成功的多功能热力模拟实验机的设计功能、设备构成、控制系统、人机界面及主要性能指标·

　　1　主要研究内容及开发目标

　　一台完整的热力模拟试验机应包括机械系统、控制系统、液压系统、加热系统、冷却系统和真空系统等部分[5],在实验时,各系统应协调运作,保证极短的时间内(最短10 ms内)完成机械动作、大量数据的采集和控制·

　　需要研制的主要内容有:

　　①集多功能实验于一体的设备结构研制;

　　②多向复合大变形实验机构的研制;

　　③高精度高响应液压系统直线速度、位移和旋转角速度、角位移控制系统的研制;

　　④高精度高响应电加热系统、水冷却系统的采样及控制研究;

　　⑤在低于10 ms一个试验周期内同时实现3~5个1 ms周期的PID控制;

　　⑥在快速控制的同时,实现大量数据的采集和处理·

　　需要开发出一种新的高精度、高性能多功能模拟实验机,具有多功能模拟能力和实验能力·可以模拟温度、应力、应变、位移、力、扭转角度、扭矩等参数,能进行多种实验·