一种基于流动性实验教学装备的新型加热板及其制备方法

1.本发明属于熔模铸造教学实验仪器设备技术领域，具体涉及一种基于流动性实验教学装备的新型加热板及其制备方法。


背景技术：

2.铸造是现代基础机械制造工业的基础工艺之一。铸造工艺涉及的流动性实验是普通高等院校机械工程类专业的基础实验课程。流动性是合金的铸造性能之一，直接影响液态合金的充型能力。流动性越好的合金，充型能力越强，越能浇出轮廓清晰、薄壁而复杂的铸件，同时也有利于夹杂物和气体的上浮与排出和凝固过程的缩补；而流动性差的合金难以充满型腔，充型能力差，易产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。通过流动性实验教学使学生了解材料流动性的概念、测试方法及影响因素，同时对工程材料及材料成形的基本知识有较全面的认识。
3.随着铸造工业技术的发展，对高等学校实验实践教学提出了新的要求，需要面向熔模铸造开展低熔点材料的流动性测量教学实验。但是现有材料流动性实验教学装置存在加热效率不高的技术问题，比如专利cn113804584a公开了一种基于螺旋流道的材料流动性实验装置，模具系统加热与保温模块采用加热板置于模具底部直接加热，依次将加热保温垫，隔热保温层，保护底壳扣在下模板底面上，再采用紧固螺钉锁紧，但是，由于加热板凸起的导线导致加热板上下表面不平，存在装配间隙，导致实验过程热量流失和加热效率低；加热电路空间利用率低，导致加热速度慢，实验预热时间较长。


技术实现要素：

4.针对现有的材料流动性实验教学装备存在加热效率不高的技术问题，本发明提供了一种基于流动性实验教学装备的新型加热板；本发明还提供了一种基于流动性实验教学装备的新型加热板制备方法。
5.为达到以上目的，本发明采取以下技术方案：一种基于流动性实验教学装备的新型加热板，自上而下依次包括铝合金模具底板、导热凝胶层、绝缘导热膜层、加热元件、玻璃纤维保温棉绝缘隔热膜层、硅胶发泡保温棉找平层、聚氨酯保温层、模具保护底壳；所述加热元件为一根金属丝并合双股从中心向四周环绕而成的扁平双螺旋加热元件，所述玻璃纤维层保温棉绝缘隔热膜层包括玻璃纤维丝束和玻璃纤维布，所述玻璃纤维丝束填充在所述扁平双螺旋加热元件的间隙，所述玻璃纤维布设置在所述扁平双螺旋加热元件的下方。
6.进一步地，所述金属丝材质为镍铬合金，所述模具底板侧边设有开口，所述金属丝的两端灌注绝缘胶作为引出电路接线端放置在所述开口中。
7.进一步地，所述铝合金模具底板与模具保护底壳之间采用螺栓连接。
8.一种采用上述的基于流动性实验教学装备的新型加热板的制备方法，包括如下步骤：s1、制备铝合金模具底板；s2、将模具底板倒置在工作台表面，依次向模具底板背面凹槽中喷涂导热凝胶层、贴敷绝缘导热膜层；s3、将一根金属丝并合双股从中心向四周环绕而成
扁平双螺旋加热元件，并敷设于绝缘导热膜层中心位置；s4、将玻璃纤维丝束填充至扁平双螺旋加热元件的内部间隙，之后采用玻璃纤维布覆盖在扁平双螺旋加热元件的上方，玻璃纤维丝束和玻璃纤维布组成玻璃纤维保温棉绝缘隔热膜层；s5、将硅胶发泡剂填充至玻璃纤维保温棉绝缘隔热膜层的表面，填满凹槽腔体，之后采用加热静压方式进行加压，形成硅胶发泡保温棉找平层；s6、将聚氨酯保温层贴敷于硅胶发泡保温棉找平层上；s7、将模具底壳安装于聚氨酯保温层上，通过螺栓与模具底板连接，把形成的新型加热板锁紧。
9.进一步地，所述铝合金模具底板的制备方法包括步骤如下：s11、将铝合金铝板装夹至加工中心，用面铣刀将表面铣光滑，保证水平度；s22、对铝合金模具底板的背面按图纸进行挖槽；s33、在铝合金模具底板上依次加工m10螺纹孔、m8螺纹孔、定位销；s44、用立式数控机床加工出模具所需螺旋流道。
10.进一步地，基于流动性实验教学装备的新型加热板的制备方法还包括：对金属丝的两端灌注绝缘胶形成引出电路接线端，两个引出电路接线端通过锡焊导电连接点嵌入连接外电路的插座模块。
11.进一步地，所述s4中玻璃纤维丝束沿着金属丝环绕方向依次填充，玻璃纤维丝束的厚度与金属丝的厚度相同。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果：
13.(1)本发明采用优质的高温难熔金属镍铬合金为加热元件，提高热导率和加热器的寿命；采用扁平加热金属丝，金属丝随流道方向螺旋铺开，提高空间利用率与加热效率；采用玻璃纤维丝束铺设于扁平加热金属丝之间，并用玻璃纤维布覆盖扁平双螺旋加热元件，玻璃纤维丝束能更好填充金属丝环绕成圈之间的缝隙，使导热更快更均匀，还能减少加热时间，提高生产效率；在玻璃纤维保温棉绝缘隔热膜层下部填充硅胶发泡保温棉找平层，并采用加热静压方式进行加压，保证底面平整。
14.(2)加热板实现单向导热，扁平双螺旋加热元件的上层布置导热凝胶层和绝缘导热膜层有利于热量向上传导，形成有效能量；加热元件下层布置绝缘隔热膜层及聚氨酯保温层，形成双保温层，有利于阻止热量向下传导，减少能量浪费。
附图说明
15.图1为本发明新型加热板的装配爆炸图；
16.图2为扁平双螺旋加热元件的结构示意图；
17.图3为模具底板背面的结构示意图；
18.其中，1为合金模具底板、11为凹槽、12为m10螺纹孔、13为m8螺纹孔、14为定位销、15为开口，2为导热凝胶层、3为绝缘导热膜层、4为加热元件、5为玻璃纤维保温棉绝缘隔热膜层、6为硅胶发泡保温棉找平层、7为聚氨酯保温层、8为模具保护底壳、9为插座模块。
具体实施方式
19.下面结合附图进一步说明。
20.本发明一种基于流动性实验教学装备的新型加热板，如图1所示，自上而下依次包括铝合金模具底板1、导热凝胶层2、绝缘导热膜层3、加热元件4、玻璃纤维保温棉绝缘隔热膜层5、硅胶发泡保温棉找平层6、聚氨酯保温层7、模具保护底壳8；所述加热元件为一根金
属丝并合双股从中心向四周环绕而成的扁平双螺旋加热元件，所述玻璃纤维层保温棉绝缘隔热膜层包括玻璃纤维丝束和玻璃纤维布，所述玻璃纤维丝束填充在所述扁平双螺旋加热元件的间隙，所述玻璃纤维布设置在所述扁平双螺旋加热元件的下方。如图2所示是扁平双螺旋加热元件，金属丝采用高温难熔金属镍铬合金，提高热导率和加热器的寿命；金属丝采用扁平结构环绕成圈，且沿着铝合金模具上的流道方向螺旋铺开，提高空间利用率与加热效率；金属丝的双螺旋长度与模具上的螺旋流道长度相当，或超过模具上的螺旋流道长度，进一步确保铝合金模具底板上表面流道区域温度的均匀性。
21.所述金属丝材质为镍铬合金，所述金属丝材质为镍铬合金，所述模具底板侧边设有开口，所述金属丝的两端灌注绝缘胶作为引出电路接线端放置在所述开口中。如图3所示，在铝合金模具底板的侧边设置开口15放置金属丝引出电路接线端。
22.所述铝合金模具底板与模具保护底壳之间采用螺栓连接。
23.采用上述基于流动性实验教学装备的新型加热板的制备方法，包括如下步骤：s1、制备铝合金模具底板；s2、将模具底板倒置在工作台表面，依次向模具底板背面凹槽中喷涂导热凝胶层、贴敷绝缘导热膜层；s3、将一根金属丝并合双股从中心向四周环绕而成扁平双螺旋加热元件，并敷设于绝缘导热膜层中心位置；s4、将玻璃纤维丝束填充至扁平双螺旋加热元件的内部间隙，之后采用玻璃纤维布覆盖在扁平双螺旋加热元件的上方，玻璃纤维丝束和玻璃纤维布组成玻璃纤维保温棉绝缘隔热膜层；s5、将硅胶发泡剂填充至玻璃纤维保温棉绝缘隔热膜层的表面，之后采用加热静压方式进行加压，形成硅胶发泡保温棉找平层；s6、将聚氨酯保温层贴敷于硅胶发泡保温棉找平层的上方；s7、将模具底壳安装于聚氨酯保温层上，通过螺栓与模具底板连接，把形成的新型加热板锁紧。
24.本发明利用玻璃纤维丝束松散细长能够填充金属丝圈层的间隙，使金属丝发热导热更快更均匀，减少加热时间，提升加热效率。作为优选地，所述s4中玻璃纤维丝束沿着金属丝螺旋方向依次填充，玻璃纤维丝束的厚度与金属丝的厚度相同，利于平整。在玻璃纤维丝束填充金属丝的下方设有玻璃纤维布，玻璃纤维布具有包裹性好的特点，玻璃纤维布覆盖金属丝，进一步填充缝隙，使贴合紧密，减少装配间隙。本发明聚氨酯保温层可以按照尺寸需要裁剪加工，覆盖在硅胶发泡保温棉找平层的下方，进一步阻止热量向下传递和浪费。
25.本发明使玻璃纤维保温棉绝缘隔热膜层能够平整定型，本发明采用s5中通过硅胶发泡剂粘合固定玻璃纤维保温棉，通过发泡使整个铝合金模具底板凹槽腔体被填满，并采用加热静压方式把铝合金模具底板凹槽腔体内的材料压平，保证底面平整。
26.本发明铝合金模具底板的制备方法包括步骤如下：s11、将6160铝合金铝板装夹至加工中心，用面铣刀将表面铣光滑，保证水平度；s22、将铝合金模具底板的背面按图纸进行挖槽，形成凹槽11；s33、将铝合金模具底板按尺寸加工m10螺纹孔12、m8螺纹孔13、定位销14；s44、用立式数控机床加工出模具所需螺旋形流道。图3是铝合金模具底板背面结构示意图，如图3所示，在铝合金模具底板按尺寸加工四个m10螺纹孔12，四个m8螺纹孔13，如图2所示，在铝合金模具底板的正面加工两个定位销14。
27.对金属丝的两端灌注绝缘胶形成引出电路接线端，两个引出电路接线端通过锡焊导电连接点嵌入连接外电路的插座模块。灌注绝缘胶，可以保证两个引出电路接线端互相绝缘；插座模块为二芯或三芯品字插座模块，可以实现快速与外部电路连接。

技术特征：
1.一种基于流动性实验教学装备的新型加热板，其特征在于，自上而下依次包括铝合金模具底板、导热凝胶层、绝缘导热膜层、加热元件、玻璃纤维保温棉绝缘隔热膜层、硅胶发泡保温棉找平层、聚氨酯保温层、模具保护底壳；所述加热元件为一根金属丝并合双股从中心向四周环绕而成的扁平双螺旋加热元件，所述玻璃纤维层保温棉绝缘隔热膜层包括玻璃纤维丝束和玻璃纤维布，所述玻璃纤维丝束填充在所述扁平双螺旋加热元件的间隙，所述玻璃纤维布设置在所述扁平双螺旋加热元件的下方。2.根据权利要求1所述的基于流动性实验教学装备的新型加热板，其特征在于，所述金属丝材质为镍铬合金，所述模具底板侧边设有开口，所述金属丝的两端灌注绝缘胶作为引出电路接线端放置在所述开口中。3.根据权利要求1所述的基于流动性实验教学装备的新型加热板，其特征在于，所述铝合金模具底板与模具保护底壳之间采用螺栓连接。4.一种采用权利要求1-3任一所述的基于流动性实验教学装备的新型加热板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、制备铝合金模具底板；s2、将模具底板倒置在工作台表面，依次向模具底板背面凹槽中喷涂导热凝胶层、贴敷绝缘导热膜层；s3、将一根金属丝并合双股从中心向四周环绕而成扁平双螺旋加热元件，并敷设于绝缘导热膜层中心位置；s4、将玻璃纤维丝束填充至扁平双螺旋加热元件的内部间隙，之后采用玻璃纤维布覆盖在扁平双螺旋加热元件的上方，玻璃纤维丝束和玻璃纤维布组成玻璃纤维保温棉绝缘隔热膜层；s5、将硅胶发泡剂填充至玻璃纤维保温棉绝缘隔热膜层的表面，填满凹槽腔体，之后采用加热静压方式进行加压，形成硅胶发泡保温棉找平层；s6、将聚氨酯保温层贴敷于硅胶发泡保温棉找平层上；s7、将模具底壳安装于聚氨酯保温层上，通过螺栓与模具底板连接，把形成的新型加热板锁紧。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铝合金模具底板的制备方法包括步骤如下：s11、将铝合金铝板装夹至加工中心，用面铣刀将表面铣光滑，保证水平度；s22、对铝合金模具底板的背面按图纸进行挖槽；s33、在铝合金模具底板上依次加工m10螺纹孔、m8螺纹孔、定位销；s44、用立式数控机床加工出模具所需螺旋流道。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还包括：对金属丝的两端灌注绝缘胶形成引出电路接线端，两个引出电路接线端通过锡焊导电连接点嵌入连接外电路的插座模块。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述s4中玻璃纤维丝束沿着金属丝环绕方向依次填充，玻璃纤维丝束的厚度与金属丝的厚度相同。

技术总结
本发明公开了一种基于流动性实验教学装备的新型加热板及其制备方法，属于熔模铸造教学实验仪器设备技术领域。技术方案是新型加热板依次包括铝合金模具底板、导热凝胶层、绝缘导热膜层、加热元件、玻璃纤维保温棉绝缘隔热膜层、硅胶发泡保温棉找平层、聚氨酯保温层、模具保护底壳；加热元件为一根金属丝并合双股从中心向四周环绕而成的扁平双螺旋加热元件，玻璃纤维层保温棉绝缘隔热膜层包括玻璃纤维丝束和玻璃纤维布，玻璃纤维丝束填充在扁平双螺旋加热元件的间隙，玻璃纤维布设置在扁平双螺旋加热元件的下方。有益效果是加热板实现单向导热，且加热板底面平整且各结构层之间贴合紧密、装配间隙少，从而加热速度快、热量损失少，加热效果高。加热效果高。加热效果高。


技术研发人员：朱冰鉴 汪兴兴 胡聪 朱昱 潘怡灵 倪红军 马明 吕帅帅 张福豹
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/7/20