專利名稱：用在材料試驗機(jī)中的具有夾鉗外殼的樣品夾鉗組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于一種將試驗樣品牢固地保持在材料試驗機(jī)的鉗口組件中的樣品 夾鉗組件的裝置。本發(fā)明尤其適合用在各種不同的機(jī)械和熱機(jī)的材料試驗機(jī)中，包括提供 機(jī)械試驗樣品的壓縮和拉伸試驗的機(jī)械和熱機(jī)的材料試驗機(jī)。
背景技術(shù)：
在機(jī)械試驗的過程中，常規(guī)的材料試驗機(jī)通過包括樣品夾鉗、夾頭(collet)或固 定裝置的各種機(jī)械中的任意一種，將試驗樣品的端部保持在鉗口中適當(dāng)?shù)奈恢锰?。在這種機(jī)械中，通常在計算機(jī)控制下并且如由所謂的“試驗程序”所限定的，對共 同保持樣品兩端的兩個樣品夾鉗中的一個典型地施加已知且受控的壓縮和/或拉伸力，從 而使樣品在預(yù)定試驗條件下變形。每個夾鉗被牢固地保持在相應(yīng)的鉗口組件中，一個上述 組件可以移動而另一個組件固定在適當(dāng)?shù)奈恢锰?。通常，試驗程序可以包括對活動鉗口并 且通過活動鉗口對樣品施加一連串這樣的力——拉伸和/或壓縮力，即，通常稱為“沖擊”， 以使樣品逐漸地變形。膨脹和/或其它物理測量典型地由在對樣品進(jìn)行每次沖擊時或之 后所產(chǎn)生的形變量組成。在熱機(jī)材料試驗系統(tǒng)中，在所述每次沖擊之前、同時或之后并且 如在試驗程序中所限定的，樣品還可以諸如通過經(jīng)由鉗口和樣品二者的電加熱電流的串 聯(lián)通路受控且自阻地加熱。這種系統(tǒng)通過現(xiàn)由紐約的特洛伊動態(tài)系統(tǒng)有限公司(Dynamic Systems, Inc. of Troy, New York)(本發(fā)明的受讓人)制造的GLEEBLE動態(tài)熱機(jī)材料試驗 系統(tǒng)(GLEEBLE是動態(tài)系統(tǒng)有限公司的注冊商標(biāo))得到示例。將實驗樣品保持在這種材料試驗機(jī)中的一種非常普遍的方法是通過使用共同環(huán) 繞樣品的每個端部并且牢固地安裝在適當(dāng)成形的鉗口組件中的一對楔形樣品夾鉗。鉗口組 件具有兩個對置的傾斜面，其中，每個傾斜面與該對夾鉗中的相應(yīng)一個夾鉗中的互補(bǔ)成形 面緊鄰并且可滑動地配合。樣品位于兩個夾鉗之間。之后，但在試驗程序開始之前，將兩個 樣品夾鉗抬高到這樣的位置使得它們的傾斜面逐漸地鄰接且可抵靠鉗口組件的兩面而滑 動，并且通過這些配合面的楔入作用，不僅迫使夾鉗進(jìn)入到鉗口組件內(nèi)高度固定且緊固的 位置，而且迫使樣品夾鉗朝向彼此，從而將樣品有效地鎖定在其位置處。外部產(chǎn)生的力典型地通過例如連接到活動鉗口上的伺服控制活塞的桿施加到所 述特定鉗口上，以產(chǎn)生所述每次“沖擊”。不利地，通過使用這種常規(guī)的基于楔形的樣品夾鉗和鉗口組件，在材料試驗系統(tǒng) 中產(chǎn)生了多個缺陷。首先，由于用于使樣品變形的力通過活動鉗口組件、樣品夾鉗和千斤頂機(jī)構(gòu)施加 到樣品上，因此在試驗程序的過程中，樣品夾鉗必須能夠以最小的扭曲來承受遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出施 加到試驗樣品上的應(yīng)力的峰值應(yīng)力，而且，在所述力循環(huán)施加的過程中反復(fù)地進(jìn)行。鉗口組 件的某些扭曲，即稱為“柔量(compliance)”總是會發(fā)生。發(fā)生的柔量通過鉗口組件所受的 力的量以及包括其幾何結(jié)構(gòu)和材料的組件本身的設(shè)計來控制。不利地，鉗口組件的柔量不 利地將誤差引入試驗結(jié)果中，這是由于如下的簡單原因所述柔量使得由于每次沖擊原本會在樣品自身中發(fā)生的形變量減小。理想地，鉗口組件在滿負(fù)載的情況下不會具有任何柔 量，然而，這在實際的材料試驗機(jī)中通常是不可能的。減小柔量的常規(guī)方式是使用較大且重的鉗口。然而，重的鉗口不僅不利地影響力 的測量，而且由于與其它情況相比需要更大的力來使所述鉗口移動，因此還降低了例如用 于產(chǎn)生每次沖擊的力的活塞桿的加速度，從而降低了其沖程速度。因此，沖程速度的降低使 得樣品中可能產(chǎn)生的形變速率降低。這依次伴隨地使得例如在某些高速金屬生產(chǎn)操作諸如 高速軋機(jī)中發(fā)生的材料試驗系統(tǒng)精確模擬實際材料工作條件的能力減弱，因此，在實踐中， 降低了在所述模擬中使用所述系統(tǒng)的吸引力。為了使這些不利效果最小化，鉗口組件的重 量應(yīng)當(dāng)盡可能輕以便不與力測量和由活塞產(chǎn)生的加速度二者干擾并且確保所產(chǎn)生的樣品 形變的速率。然而，這樣做不利地趨于增加柔量，從而妨礙了使用重量輕的鉗口。第二，常規(guī)鉗口典型地具有容納樣品夾鉗的凹口。當(dāng)從外部對鉗口施加拉伸力時， 鉗口呈現(xiàn)柔量。具體地，作為拉伸力的結(jié)果，凹口尤其是在其上邊緣處將趨于舒展開并且略 微扭曲，從而減小了原本會使樣品夾鉗保持在一起的力。類似地，樣品夾鉗的縱向表面(原 本會緊固樣品的近端部)也將呈現(xiàn)柔量并且趨于分開。這導(dǎo)致了樣品無法對準(zhǔn)以及樣品側(cè) 面負(fù)載的損失，這依次會對試驗結(jié)果的精度產(chǎn)生非常不利的影響。再者，為了適當(dāng)?shù)販p小所 述柔量，鉗口組件可以由較大且重的材料制成。但是，如上文所提到的，增加鉗口組件的質(zhì) 量不利地限制了沖程速度，因此有效地限制了精確模擬高速金屬生產(chǎn)操作的機(jī)械性能。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中存在在材料試驗機(jī)的鉗口組件中優(yōu)選地采用楔形樣品夾鉗的 樣品夾鉗組件的需求，該樣品夾鉗組件不僅在連續(xù)“沖擊”的過程中在施加拉伸和/或壓縮 力期間呈現(xiàn)了足夠小(如果有的話)的明顯柔量，而且還可以用于重量較輕的鉗口中。

發(fā)明內(nèi)容
通過提供用于樣品夾鉗組件的如下裝置，本發(fā)明有利地克服了現(xiàn)有技術(shù)的上述缺 陷該裝置可與重量較輕的鉗口一起使用，并且其中，在包括“多次沖擊”的試驗程序中的連 續(xù)所述沖擊的外部施加的拉伸和/或壓縮沖擊期間，在其中使用的樣品夾鉗表現(xiàn)出最小的 (如果有的話)顯著的柔量。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，樣品夾鉗組件包含夾鉗殼體和一對楔形樣品夾鉗。樣品夾鉗 封入在夾鉗外殼內(nèi)的一凹口中，夾鉗外殼具有與每個樣品夾鉗互補(bǔ)的傾斜表面。因此，在 夾鉗與夾鉗外殼的對置面之間形成緊鄰的楔形界面。外殼具有截頭錐體的外形，沿其橫向 剖面圖示為直線形狀。外殼及其內(nèi)部空間均具有梯形的縱向剖面。外殼具有均以相同角度 傾斜的兩個朝外的傾斜表面，該傾斜表面配合地緊鄰鉗口殼體的互補(bǔ)的傾斜內(nèi)表面并且抵 靠該傾斜內(nèi)表面滑動，在鉗口殼體與外殼之間有效地形成兩個楔形界面。每個樣品夾鉗在 相對于其傾斜表面的相反側(cè)還具有縱向表面，縱向表面具有沿縱向表面的中跨(mid-span) 定位并且延伸其高度的槽。夾鉗定位在外殼內(nèi)，使得兩個樣品夾鉗的傾斜表面向外朝向外 殼的互補(bǔ)表面，夾鉗的縱向表面彼此相鄰并且它們的相應(yīng)槽彼此相鄰且基本上彼此共軸。 樣品的端部位于由兩個槽限定的筒形空間內(nèi)并且通常延伸超出所述筒形空間。然后，將包 含夾鉗的外殼插入鉗口殼體內(nèi)。當(dāng)包含樣品夾鉗和樣品的外殼被適當(dāng)?shù)刂糜阢Q口殼體內(nèi) 時，則將外殼和夾鉗適當(dāng)?shù)靥Ц撸瑥亩鴮⑼鈿ず蛫A鉗有效且緊固地鎖定在鉗口殼體內(nèi)適當(dāng) 的位置處。
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外殼的插入即外殼位于樣品夾鉗的周圍并且位于鉗口殼體與夾鉗之間，基本上 (如果不完全的話)消除了在樣品夾鉗中發(fā)生的任何顯著的柔量，還允許結(jié)果得到的鉗口 組件重量較輕。這依次允許將用在試驗臺中的鉗口組件精確地模擬需要高沖程速度的某些 高速金屬形成操作，而這在假定不使用外殼則會導(dǎo)致樣品夾鉗中的柔量的情況下僅僅通過 使用常規(guī)的樣品夾鉗組件是不現(xiàn)實的。因此，使用本發(fā)明的樣品夾鉗組件可能會有利地擴(kuò) 大將采用本發(fā)明的樣品夾鉗組件的材料試驗系統(tǒng)的效用。


參照以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的教導(dǎo)可以被容易地理解，其中圖IA圖示了用于包含常規(guī)楔形樣品夾鉗和鉗口組件的機(jī)械試驗系統(tǒng)中的鉗口組 件5的側(cè)視圖；圖IB圖示了鉗口組件5沿圖IA所示的A-A線截取的剖視圖；圖2圖示了如用于常規(guī)材料試驗系統(tǒng)中的具有兩個對置的鉗口組件的試驗臺200 的簡化圖；圖3A圖示了處于靜態(tài)無負(fù)載狀態(tài)的具有常規(guī)楔形樣品夾鉗310和320的鉗口組 件300的簡化圖；圖3B圖示了圖3A所示的但是通過如在沖擊的過程中會發(fā)生的對鉗口施加拉伸力 而處于充分負(fù)載狀態(tài)的鉗口組件300，但是具有為了易于圖示和理解而略微夸大示出的結(jié) 果產(chǎn)生的柔量；圖4圖示了如用于本發(fā)明的第一實施例的整體夾鉗外殼400的頂部立體圖；圖5圖示了夾鉗外殼400沿圖4所示的5-5線截取的剖視圖；圖6圖示了本發(fā)明的樣品夾鉗組件的第二實施例即此處為組件600的頂部立體 圖；圖7圖示了圖6以及與后面的附圖相同的立體圖所示的本發(fā)明的樣品夾鉗組件 600的分解圖，并且圖示了構(gòu)成本發(fā)明的夾鉗組件600的各種部件；以及圖8圖示了本發(fā)明的樣品夾鉗600的沿圖6所示的8-8線截取的剖視圖。為了便于理解，在適當(dāng)?shù)奈恢锰幨褂昧讼嗤母綀D標(biāo)記，以指代兩個以上附圖共 用的相同或非常相似的元件。
具體實施例方式圖IA和圖IB分別圖示了用于機(jī)械試驗系統(tǒng)中的常規(guī)鉗口組件5的側(cè)視圖和該組 件沿圖IA所示的A-A線截取的剖視圖。通常，如這兩個附圖所示，緊固地保持機(jī)械試驗樣品18的楔形樣品夾鉗16本身位 于鉗口殼體8的兩個楔形表面19內(nèi)。每個夾鉗具有傾斜表面17，傾斜表面17與楔形表面 19中的相應(yīng)一個表面互補(bǔ)，與其緊鄰地配合并且抵靠其滑動。在試驗程序期間，為了在每 次隨后的機(jī)械沖擊的整個過程中將兩個夾鉗穩(wěn)固地保持在適當(dāng)?shù)奈恢锰?，位于殼體8的內(nèi) 部上表面與樣品夾鉗16的上表面15之間的千斤頂機(jī)構(gòu)10機(jī)械地擴(kuò)大，以在表面13和15 之間施加連續(xù)力，從而驅(qū)動夾鉗16向下并且通過使互補(bǔ)的楔形表面17和19之間的摩擦增 大，將兩個夾鉗剛性地鎖定到鉗口殼體中適當(dāng)?shù)奈恢锰帯?br> 常規(guī)的千斤頂組件10適當(dāng)?shù)匾揽渴孤葆斣诼菽竷?nèi)膨脹(螺釘和螺母共同通過附 圖標(biāo)記12示出)，然后通過調(diào)節(jié)位于螺母中的固定螺釘88(等)而將螺釘機(jī)械地鎖定在適 當(dāng)?shù)奈恢锰?。螺釘頭推壓墊塊(spacer block) 11。典型地通過伺服控制液壓活塞桿(未示 出但公知)，施加到鉗口殼體8的頂表面上用于每次沖擊的外力由鎖緊螺母14通過千斤頂 組件10傳遞到夾鉗16并最終傳遞到樣品的端部。典型地，常規(guī)材料試驗系統(tǒng)采用如圖2中的簡化形式所示的試驗臺200。這種試驗 臺具有由圖IA和圖IB所圖示的鉗口組件簡化示出的兩個對置的鉗口組件210和220。如 圖2所示，一個鉗口組件例如組件220經(jīng)由軸225安裝在試驗架230的實體端而另一個鉗 口組件例如組件210經(jīng)由軸215安裝在試驗機(jī)驅(qū)動設(shè)備(未示出但公知)上，該試驗機(jī)驅(qū) 動設(shè)備可以是伺服控制液壓活塞、電螺釘驅(qū)動器或其它類似的致動器，用于通過后面的鉗 口組件向樣品本身施加受控的拉伸或壓縮力作為沖擊以使樣品變形。盡管圖2中未具體示 出，但是每個鉗口組件包含分別如圖IA和圖IB所示的一對楔形樣品夾鉗，以便形成對置的 樣品夾鉗組。每組樣品夾鉗保持樣品18的一端(圖2中也未具體示出)，結(jié)果，樣品在鉗口 組件210和220之間延伸。作為例如通過鉗口組件210施加到樣品上的外部拉伸力的結(jié)果，鉗口組件及其樣 品夾鉗將在某種程度上不利地變形。由于鉗口組件與試驗樣品相比堅固得多，因此扭曲或 通常稱為“柔量”的量典型地相當(dāng)小，但是鉗口組件的量由該組件的幾何形狀和制造其的材 料控制。尤其是樣品夾鉗的柔量，不僅導(dǎo)致了樣品的某些無法對準(zhǔn)，而且還趨于將人為結(jié)果 帶入試驗結(jié)果即測量到的形變中，而這依次可能略微但不利地影響了這些試驗結(jié)果。為了獲得對所述柔量及其不利效果的更好了解，參照圖3A和圖3B。圖3A圖示了處于靜態(tài)無負(fù)載狀態(tài)即在當(dāng)時外部拉伸力未施加到鉗口組件300上 的情況下的鉗口組件300的簡化圖。如圖所示的組件具有對置的平行橫向側(cè)303和307以 及對置的縱向側(cè)301和305，縱向側(cè)305具有縱向側(cè)部3054和305B。常規(guī)楔形樣品夾鉗310 和320位于凹口 340內(nèi)，凹口 340形成在鉗口殼體350中位于所述側(cè)部之間且在所述側(cè)部 的后方。當(dāng)樣品夾鉗被抬高到適當(dāng)?shù)奈恢脮r，沿箭頭330所示的方向的力迫使樣品夾鉗310 和320的傾斜面抵靠鉗口殼體的互補(bǔ)傾斜面，以將兩個樣品夾鉗牢固且剛性地鎖定在殼體 中適當(dāng)?shù)奈恢锰?。在無負(fù)載的狀況下，與縱向側(cè)301和305相同，橫向側(cè)303和307保持彼 此平行。側(cè)部305a和305b保持共面。然而，當(dāng)作為沖擊的結(jié)果從側(cè)面301向鉗口組件300施加足夠的拉伸力時，—— 如同假如該鉗口組件為圖2所示的試驗臺200中的活動鉗口組件則情況那樣，則如圖3B所 示，鉗口組件300將扭曲。圖3B以夸大的方式示出了隨后的扭曲(柔量)。如圖所示，側(cè) 面303和307將向內(nèi)凸出，從而呈現(xiàn)略微凸起或類似的形狀，而側(cè)部305a和305B將向外凸 出并且導(dǎo)致在樣品夾鉗310和320之間出現(xiàn)間隙325，因此在試驗樣品所處的位置上導(dǎo)致了 夾鉗自身的柔量。結(jié)果，樣品未能被剛性地緊固而在樣品夾鉗之間不運動，而是會經(jīng)歷某種 程度的運動，因此變得略微不對準(zhǔn)——這均取決于柔量的量。與本領(lǐng)域中的常規(guī)教導(dǎo)一致，可以通過由大而重的材料形成鉗口殼體350來減小 所述柔量。然而，這樣做將減小能夠由鉗口組件300的致動器施加到鉗口組件300上的沖 程速度，從而限制能夠施加到試驗樣品上的形變速率。這依次會不利地限制將采用所述鉗 口的整個材料試驗系統(tǒng)的高速性能。
有利地，本發(fā)明的樣品夾鉗組件克服了現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。根據(jù)本發(fā)明，樣品夾鉗組件包含夾鉗外殼和一對楔形樣品夾鉗。樣品夾鉗封入在 夾鉗外殼內(nèi)的凹口中，夾鉗外殼具有與每個樣品夾鉗互補(bǔ)的傾斜表面。因此，在夾鉗與夾鉗 外殼的對置面之間形成緊鄰的楔形界面。外殼具有截頭錐體的外形，沿其橫向剖面圖示為 直線形狀。外殼及其內(nèi)部空間均具有梯形的縱向剖面。外殼具有均以相同角度傾斜的兩個 朝向外的傾斜表面，該傾斜表面配合地緊鄰鉗口殼體的互補(bǔ)的傾斜內(nèi)表面并且抵靠該傾斜 內(nèi)表面滑動，在鉗口殼體與外殼之間有效地形成兩個楔形界面。每個樣品夾鉗在相對于其 傾斜表面的相反側(cè)還具有縱向表面，縱向表面具有沿縱向表面的中跨定位并且延伸其高度 的槽。夾鉗定位在外殼內(nèi)，使得兩個樣品夾鉗的傾斜表面向外朝向外殼的互補(bǔ)表面，夾鉗的 縱向表面彼此相鄰并且相應(yīng)的槽彼此相鄰且基本上彼此共軸。樣品的端部位于由兩個槽限 定的筒形空間內(nèi)并且通常延伸超出所述筒形空間。然后，將包含夾鉗的外殼插入鉗口殼體 內(nèi)。當(dāng)包含樣品夾鉗和樣品的外殼被適當(dāng)?shù)刂糜阢Q口殼體內(nèi)時，則將外殼和夾鉗適當(dāng)?shù)靥?高，從而將外殼和夾鉗有效且牢固地鎖定在鉗口殼體內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢锰?。外殼的插入即外殼位于樣品夾鉗的周圍并且位于鉗口殼體與夾鉗之間，基本上 (如果不完全的話)消除了在樣品夾鉗中發(fā)生的任何顯著的柔量，還允許結(jié)果得到的鉗口 組件重量較輕。這依次允許將用在試驗臺中的鉗口組件精確地模擬需要高沖程速度的某些 高速金屬形成操作，而這在假定不使用外殼則會導(dǎo)致樣品夾鉗中的柔量的情況下通過使用 常規(guī)的樣品夾鉗組件是不現(xiàn)實的。因此，使用本發(fā)明的樣品夾鉗組件可能會有利地擴(kuò)大將 采用本發(fā)明的樣品夾鉗組件的材料試驗系統(tǒng)的效用。基于以上情況，圖4圖示了如用于本發(fā)明的第一實施例的整體夾鉗外殼400的頂 部立體圖，而圖5圖示了夾鉗外殼400沿圖4所示的5-5線截取的剖視圖。為了增強(qiáng)理解， 在以下對夾鉗外殼400的整個討論中，讀者應(yīng)當(dāng)同時參照這兩個附圖。取決于試驗臺和在每次“沖擊”期間可能發(fā)生的峰值力的物理需求，夾鉗外殼 400是典型地由鋼、不銹鋼或其它足夠堅固的材料形成的整體材料件。為了與本受讓人的 GLEEBLE動態(tài)熱機(jī)材料試驗系統(tǒng)結(jié)合使用，夾鉗外殼400優(yōu)選為由PH為17_4的不銹鋼形 成。該材料(為馬氏體沉淀硬化的不銹材料)提供了強(qiáng)度、韌性和抗腐蝕性的良好結(jié)合。如圖所示，夾鉗外殼400具有截頭錐體的外形，其具有梯形的縱向剖面并且沿其 橫向剖面為直線形狀，直線形狀由頂表面440的形狀代表。外殼具有兩個向外傾斜的表面 403和405以及兩個縱向表面407和409，表面403相對于橫軸以預(yù)定外角Φ傾斜，而表面 405以其補(bǔ)角傾斜。凹口 420由對置的內(nèi)表面413和417以及415和419形成。內(nèi)表面與 外表面的結(jié)合限定了整體430。表面415和419縱向定向，而在表面413和417中，表面413 以預(yù)定內(nèi)角θ傾斜并且表面417以其補(bǔ)角傾斜。角度Φ和θ不必相等(但是它們可以 相等)，而是被設(shè)定為分別等于鉗口殼體的鄰接表面(如圖1中所示的表面19)的傾斜角度 和將插入凹口 420內(nèi)的兩個樣品夾鉗的角度。由于這些傾斜表面，將形成四個單獨配合的 楔形界面位于鉗口殼體與外殼之間的兩個對置的楔形界面，以及位于外殼與兩個樣品夾 鉗中的每一個之間的單獨的楔形界面。這種整體外殼將典型地用在不采用自阻樣品加熱的 機(jī)械試驗系統(tǒng)上。可選擇地，圖6圖示了本發(fā)明的樣品夾鉗組件的第二實施例，此處為組件600，其 尤其適用于采用自阻樣品加熱(即，加熱電流連續(xù)流過樣品本身)的熱機(jī)材料試驗系統(tǒng)諸如GLEEBLE系統(tǒng)中。圖7圖示了圖6以及與后面的附圖相同的立體圖所示的本發(fā)明的樣品 夾鉗組件600的分解圖，并且圖示了構(gòu)成本發(fā)明的夾鉗組件600的各種部件；圖8圖示了本 發(fā)明的樣品夾鉗600沿圖6所示的8-8線截取的剖視圖。為了增強(qiáng)理解，在隨后的討論中， 讀者應(yīng)當(dāng)同時參照這三個附圖。夾鉗組件600包含夾鉗外殼610、內(nèi)插件635A和635B，以及外插件633A和633B。 類似于夾鉗外殼400，夾鉗外殼610同樣優(yōu)選為由PH為17-4的不銹鋼形成。利用該材料， 這些插件的包含共同提供了與原本會發(fā)生的相比增加的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，因此提供了增加 的樣品加熱速度和冷卻速度。雖然銅或銅合金具有足夠高的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，但是二者均 沒有足夠的物理強(qiáng)度以用作整體夾鉗外殼。因此，夾鉗外殼610由鋼制成但是采用由諸如 ⑶110的銅或諸如CMW3的銅合金制成的全部四個插件。CMW3是優(yōu)選的，因為其提供了優(yōu)于 純銅的耐磨性。夾鉗組件600具有形成在外殼610中的適當(dāng)切口以適當(dāng)?shù)厝菁{全部四個插 件。插件635A、635B中的每一個本身優(yōu)選為整體構(gòu)造。由于這些插件均是相同的，因此 僅將焦點集中在插件635a上。該特定插件包含板狀部641和從板狀部641的后表面突伸 出的橢圓柱形部642。部641具有外表面643，外表面643安裝在夾鉗外殼610內(nèi)時以與樣 品夾鉗的傾斜配合外表面、此處具體為夾鉗620A的表面650A的角度θ (如圖4所示)互補(bǔ) 的角度傾斜，從而可以在其間建立緊密的基于楔形的緊鄰機(jī)械連接。板狀部640還具有內(nèi) 表面644，內(nèi)表面644在該插件安裝在夾鉗外殼610內(nèi)時同樣以與夾鉗外殼的傾斜內(nèi)表面的 角度θ互補(bǔ)的角度傾斜，從而可以在外殼與該插件之間建立類似緊密的基于楔形的緊鄰 機(jī)械連接。在操作之前，外殼圖示為通過首先使樣品的端部適當(dāng)?shù)匚挥谟蓡为毜膴A鉗62(^和 620βΒ成的對置的樣品夾鉗620之間并且位于形成在其間的筒形空間625中來裝配。然后， 使插件635Α* 635Β位于夾鉗外殼610內(nèi)，它們的柱形端部延伸穿過相應(yīng)的切口。其后，使 樣品夾鉗620位于插件635α和635Β之間，使得樣品夾鉗620的向外定位的傾斜表面650Α和 650β沿著這兩個插件滑動并且與這兩個插件緊鄰地配合。之后，通過穿過孔637α和637β插 入的適當(dāng)?shù)穆葆?，使插?33α和633β緊固到插件635α和635Β上。插件633Α和633Β中的每 一個具體提供了適當(dāng)?shù)臋C(jī)械接觸表面，以與鉗口殼體的相應(yīng)的傾斜表面配合。插件6334和 635Α在安裝時形成插件對630。接下來，將外殼適當(dāng)?shù)刂萌脬Q口組件中，然后抬高到緊固的 固定位置處。鉗口外殼的傾斜表面與裝配好的夾鉗外殼的傾斜表面接觸，并且提供了導(dǎo)熱性和 導(dǎo)電性以及機(jī)械支撐。有利地，與如果外殼將由鋼單獨形成則會發(fā)生的情況(圖4所示的 具有外殼400的情況)相比，夾鉗外殼610中的四個插件提供了從鉗口組件到樣品夾鉗620 的阻抗較低的電通道和熱通道。對于一個電流方向，電流通道從鉗口殼體通過插件進(jìn)入樣 品夾鉗620中(對于反向電流，發(fā)生相反的情況)。四個插件還用于通過從這些夾鉗中吸取 熱量然后將所吸取的熱量傳遞到鉗口殼體(典型地被水冷卻)來適當(dāng)且有效地冷卻樣品夾 鉗 620。而且，當(dāng)使用夾鉗外殼時，產(chǎn)生的鉗口組件可以由與現(xiàn)有技術(shù)中先前實踐的相比 較輕且強(qiáng)度較低的材料制成，從而獲得與在較大且較重的鉗口中會導(dǎo)致的柔量級別類似的 級別。這樣做有利地降低了鉗口組件的成本。
11
盡管空間625圖示為具有圓形剖面的筒形，因此在樣品夾鉗62(^和620B的具有半 圓形剖面的相鄰縱向表面中形成了每個槽，這些槽中的每一個可以選擇性地具有正方形、 長方形、三角形或其它合適形狀的剖面形狀，使得空間625將適當(dāng)?shù)厝菁{相應(yīng)的互補(bǔ)成形 的樣品端部，并且當(dāng)樣品夾鉗被適當(dāng)?shù)靥Ц邥r，空間625將緊鄰地環(huán)繞和緊緊地緊固該相 應(yīng)的互補(bǔ)成形的樣品端部。另外，雖然夾鉗外殼400的對置的傾斜內(nèi)表面413和417 (參見圖4和圖5)與夾 鉗外殼610的相應(yīng)的傾斜表面可以以相同角度傾斜，但這不是必須的。而且，樣品夾鉗620a和620b的表面650A和650B中的每一個分別傾斜的角度不必 與夾鉗外殼610的對置的傾斜內(nèi)表面中的相應(yīng)一個嚴(yán)格互補(bǔ)。因為板狀插件635a* 635b 中的一個位于各個樣品夾鉗與夾鉗外殼610之間，則后兩者之間的小的角度差可以通過適 當(dāng)設(shè)計板狀內(nèi)插件的表面諸如插件635a的表面633和644的傾斜來相應(yīng)地調(diào)節(jié)。這樣做 仍然將在每個樣品夾鉗與其相鄰的插件之間以及每個所述插件與夾鉗外殼之間產(chǎn)生緊鄰 的楔狀界面，這應(yīng)當(dāng)仍然足以通過抬高而將整個樣品夾鉗組件地鎖定在鉗口殼體內(nèi)的適當(dāng) 位置處。雖然諸如插件對630的每個插件對示出為由單獨的內(nèi)插件和外插件(相應(yīng)地，插 件對630的內(nèi)插件6354和外插件633a)形成，但是替代地，插件對可以適當(dāng)?shù)刂匦滦纬刹⑶?形成為單獨的整體插件，在這種情況下，當(dāng)所述插件安裝在夾鉗外殼610內(nèi)時，柱形部642 將與夾鉗外殼610的傾斜外表面中的一個齊平，從而為鉗口殼體提供接觸表面并且消除使 用外插件6334的需求。 此外，盡管夾鉗外殼400和610中的每一個已經(jīng)被示出并且描述為具有直線成形 的橫向剖面，但是所述剖面形狀可以替代為如由鉗口殼體和樣品夾鉗的幾何結(jié)構(gòu)以及其它 相關(guān)特性所要求的正方形、長方形、圓形或其它適當(dāng)?shù)男螤?，只要在夾鉗外殼與每個樣品夾 鉗之間形成適當(dāng)?shù)男ㄐ谓缑婕纯?，并且如果使用了上述插件，則也可以在前者中的每一個 與每個內(nèi)插件的相應(yīng)表面之間形成適當(dāng)?shù)男ㄐ谓缑?。最后，如圖所示及所描述的，夾鉗外殼400和610分別優(yōu)選地形成為整體材料件， 但是外殼610具有容納內(nèi)插件和外插件二者的適當(dāng)?shù)那锌??？蛇x擇地，這些夾鉗外殼中的 每一個可以由以常規(guī)方式適當(dāng)?shù)毓潭ㄔ谝黄鸬膯为毜姆蛛x部件制成。產(chǎn)生的夾鉗外殼必須 仍然能夠適當(dāng)?shù)亟?jīng)受在每次沖擊的過程中期望發(fā)生的足夠高的拉伸或壓縮力，而不在其本 身中表現(xiàn)出顯著的柔量或者允許在樣品夾鉗中發(fā)生顯著的柔量。盡管本文已經(jīng)示出了分別包括本發(fā)明的教導(dǎo)的各種優(yōu)選實施例并對這些優(yōu)選實 施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易地想象到仍然包括這些教導(dǎo)的許多其 它的實施例。
權(quán)利要求
一種用在材料試驗機(jī)中的樣品夾鉗組件(600)，包括第一和第二樣品夾鉗(620A，620B)，其用于將試驗樣品(18)的端部牢固地保持在其間，所述第一和第二樣品夾鉗分別具有第一和第二向外定位的表面(650A、650B)，第一和第二表面中的每一個以第一預(yù)定角度傾斜；以及夾鉗外殼(400；610)，其具有第一和第二傾斜內(nèi)表面(413，417)，所述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜內(nèi)表面中的每一個以一預(yù)定角度傾斜，所述預(yù)定角度與使所述樣品夾鉗的所述第一和第二表面分別傾斜的所述第一預(yù)定角度互補(bǔ)，所述夾鉗外殼環(huán)繞所述樣品夾鉗定位，使得所述樣品夾鉗的所述第一和第二表面分別與所述夾鉗外殼的第一和第二傾斜表面緊鄰地配合并且抵靠所述第一和第二傾斜表面滑動，以便在每個樣品夾鉗與所述夾鉗外殼之間限定楔狀界面；其中，當(dāng)所述樣品夾鉗組件固定地緊固在所述試驗機(jī)的鉗口(8)內(nèi)時，通過所述鉗口和所述夾鉗組件施加的并且足以使所述試驗樣品變形的后續(xù)拉伸或壓縮力不會在所述第一和第二樣品夾鉗中產(chǎn)生任何可感知且顯著的柔量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼是整體材料件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼具有截頭錐體的外形，其 縱向剖面形狀是梯形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼具有直線的橫向剖面形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼進(jìn)一步包括位于所述夾鉗外殼的相反端部處的第一和第二傾斜外表面(403，405)，每個傾斜表面 以預(yù)定第二角度傾斜，以便與所述鉗口殼體(8)的互補(bǔ)成形表面(19)緊鄰地配合并且抵靠 所述互補(bǔ)成形表面滑動，從而在所述鉗口殼體與所述夾鉗外殼的每個端部之間形成單獨的 楔形界面。
6.一種用于用在材料試驗機(jī)中的鉗口組件的裝置，包括鉗口殼體⑶；樣品夾鉗組件(600)，其位于所述鉗口殼體內(nèi)并且具有第一和第二樣品夾鉗(620A，620B)，其用于將試驗樣品(18)的端部牢固地保持在其間， 所述第一和第二樣品夾鉗分別具有第一和第二向外定位的表面(650A、650B)，第一和第二表 面中的每一個以第一預(yù)定角度傾斜；以及夾鉗外殼(400 ；610)，其具有第一和第二傾斜內(nèi)表面(413，417)，所述夾鉗外殼的所述 第一和第二傾斜內(nèi)表面中的每一個以一預(yù)定角度傾斜，所述預(yù)定角度與所述樣品夾鉗的所 述第一和第二表面分別傾斜的所述第一預(yù)定角度互補(bǔ)，所述夾鉗外殼環(huán)繞所述樣品夾鉗定 位，使得所述樣品夾鉗的所述第一和第二表面分別與所述夾鉗外殼的第一和第二傾斜表面 緊鄰地配合并且抵靠所述第一和第二傾斜表面滑動，以便在每個樣品夾鉗與所述夾鉗外殼 之間限定楔狀界面；千斤頂機(jī)構(gòu)(10)，其位于所述鉗口殼體中的凹口內(nèi)，用于在所述鉗口殼體的內(nèi)表面 (13)與所述樣品夾鉗組件的表面之間施加機(jī)械力，以便將所述樣品夾鉗組件固定地緊固到 所述鉗口殼體內(nèi)的適當(dāng)位置處；其中，當(dāng)所述千斤頂機(jī)構(gòu)設(shè)定為在所述鉗口殼體與所述樣品夾鉗組件之間施加力時，通過所述鉗口殼體和所述夾鉗組件施加的并且足以使所述試驗樣品變形的后續(xù)拉伸或壓 縮力不會在所述第一和第二樣品夾鉗中產(chǎn)生任何可感知且顯著的柔量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼是整體材料件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼具有截頭錐體的外形，其縱向剖面 形狀是梯形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼具有直線的橫向剖面形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼進(jìn)一步包括位于所述夾鉗外殼的相反端部處的第一和第二傾斜外表面(403，405)；并且所述鉗口殼體具有分別以與所述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜外表面互補(bǔ)的角度 傾斜的第一和第二內(nèi)表面(19)；所述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜外表面與所述鉗口殼體的所述第一和第二傾斜 內(nèi)表面緊鄰地配合并且抵靠所述第一和第二傾斜內(nèi)表面滑動，從而在所述鉗口殼體與所述 夾鉗外殼的每個端部之間形成單獨的楔形界面。
11.一種用在材料試驗機(jī)中的樣品夾鉗組件(600)，包括第一和第二樣品夾鉗(620A，620B)，其用于將試驗樣品(18)的端部牢固地保持在其間， 所述第一和第二夾鉗分別具有第一和第二向外定位的表面(650A、650B)，第一和第二表面中 的每一個以第一預(yù)定角度傾斜；夾鉗外殼(610)，其具有第一和第二傾斜內(nèi)表面(413，417)并且環(huán)繞所述樣品夾鉗定 位；以及第一和第二插件(630)，其定位在所述夾鉗外殼內(nèi)，與所述夾鉗外殼本身相比，兩個插 件的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性更高，其中，每個插件均具有以與所述第一預(yù)定角度互補(bǔ)的角度傾斜 的外表面，并且兩個插件分別部分地位于所述第一和第二樣品夾鉗的所述第一和第二傾斜 外表面與所述夾鉗外殼的所述第一和第二內(nèi)表面之間，以便分別與所述第一和第二樣品夾 鉗緊鄰地接合，并且在每個樣品夾鉗與所述第一和第二插件之間限定單獨的楔狀界面，從 而分別為所述夾鉗外殼提供相應(yīng)的接觸外表面；并且其中，當(dāng)所述樣品夾鉗組件固定地緊固在所述試驗機(jī)的鉗口(8)內(nèi)時，通過所述鉗口 和所述夾鉗組件施加的并且足以使所述試驗樣品變形的后續(xù)拉伸或壓縮力不會在所述第 一和第二樣品夾鉗中產(chǎn)生任何可感知且顯著的柔量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼是整體材料件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼具有截頭錐體的外形， 其縱向剖面形狀是梯形。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼具有直線的橫向剖面 形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼進(jìn)一步包括位于所述夾鉗外殼的相反端部處的第一和第二傾斜外表面(403，405)，并且所述鉗口殼體具有分別以與所述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜外表面互補(bǔ)的角度 傾斜的第一和第二內(nèi)表面(19)；所述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜外表面與所述鉗口殼體的所述第一和第二傾斜 內(nèi)表面緊鄰地配合并且抵靠所述第一和第二傾斜內(nèi)表面滑動，從而在所述鉗口殼體與所述夾鉗外殼的每個端部之間形成單獨的楔形界面。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的樣品夾鉗組件，其中，所述第一和第二插件分別包括第一 和第二內(nèi)插件(635a，635b)以及第一和第二外插件(633A，633B)，其中所述第一和第二內(nèi)插件分別在所述第一和第二樣品夾鉗的所述第一和第二表面與所 述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜表面之間延伸，并且分別與所述第一和第二樣品夾鉗緊 鄰地接合，以便在一個樣品夾鉗與相應(yīng)的一個內(nèi)插件之間形成楔狀界面；并且所述第一和第二外插件在所述第一和第二內(nèi)插件與所述夾鉗外殼的所述第一和第二 外表面之間延伸以便分別與所述第一和第二內(nèi)插件緊鄰地接合，并且所述外插件中的每一 個為所述夾鉗外殼提供了相應(yīng)的接觸外表面。
17.一種用于用在材料試驗機(jī)中的鉗口組件的裝置，包括 鉗口殼體(18)；樣品夾鉗組件(600)，其位于所述鉗口殼體內(nèi)并且具有第一和第二樣品夾鉗(620A，620B)，其用于將試驗樣品(18)的端部牢固地保持在其間， 所述第一和第二夾鉗分別具有第一和第二向外定位的表面(650A、650B)，第一和第二表面中 的每一個以第一預(yù)定角度傾斜；夾鉗外殼(610)，其具有第一和第二傾斜內(nèi)表面(413，417)并且環(huán)繞所述樣品夾鉗定 位；以及第一和第二插件(630)，其定位在所述夾鉗外殼內(nèi)，與所述夾鉗外殼本身相比，兩個插 件的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性更高，其中，每個插件均具有以與所述第一預(yù)定角度互補(bǔ)的角度傾斜 的外表面(643)，并且兩個插件分別部分地位于所述第一和第二樣品夾鉗的所述第一和第 二傾斜外表面與所述夾鉗外殼的所述第一和第二內(nèi)表面之間，以便分別與所述第一和第二 樣品夾鉗緊鄰地接合，并且在每個樣品夾鉗與所述第一和第二插件之間限定單獨的楔狀界 面，從而分別為所述夾鉗外殼提供相應(yīng)的接觸外表面；以及千斤頂機(jī)構(gòu)，其位于所述鉗口殼體中的凹口內(nèi)，用于在所述鉗口殼體的內(nèi)表面(13)與 所述樣品夾鉗組件的表面之間施加機(jī)械力，以便將所述樣品夾鉗組件固定地緊固到所述鉗 口殼體內(nèi)的適當(dāng)位置處；其中，當(dāng)所述千斤頂機(jī)構(gòu)設(shè)定為在所述鉗口殼體與所述樣品夾鉗組件之間施加力時， 通過所述鉗口殼體和所述夾鉗組件施加的并且足以使所述試驗樣品變形的后續(xù)拉伸或壓 縮力不會在所述第一和第二樣品夾鉗中產(chǎn)生任何可感知且顯著的柔量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼是整體材料件。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼具有截頭錐體的外形，其縱向剖 面形狀是梯形。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼具有直線的橫向剖面形狀。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼進(jìn)一步包括位于所述夾鉗外殼的相反端部處的第一和第二傾斜外表面(403，405)；并且 所述鉗口殼體具有分別以與所述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜外表面互補(bǔ)的角度 傾斜的第一和第二內(nèi)表面(19)；所述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜外表面與所述鉗口殼體的所述第一和第二傾斜 內(nèi)表面緊鄰地配合并且抵靠所述第一和第二傾斜內(nèi)表面滑動，從而在所述鉗口殼體與所述夾鉗外殼的每個端部之間形成單獨的楔形界面。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述第一和第二插件分別包括第一和第二內(nèi) 插件(635a，635b)以及第一和第二外插件(633A，633B)，其中所述第一和第二內(nèi)插件分別在所述第一和第二樣品夾鉗的所述第一和第二表面與所 述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜表面之間延伸，并且分別與所述第一和第二樣品夾鉗緊 鄰地接合，以便在一個樣品夾鉗與相應(yīng)的一個內(nèi)插件之間形成楔狀界面；并且所述第一和第二外插件在所述第一和第二內(nèi)插件與所述夾鉗外殼的所述第一和第二 外表面之間延伸以便分別與所述第一和第二內(nèi)插件緊鄰地接合，并且所述外插件中的每一 個為所述夾鉗外殼提供了相應(yīng)的接觸外表面。
全文摘要
一種可在材料試驗系統(tǒng)中與重量較輕的鉗口(8)一起使用的樣品夾鉗組件(600)。所述樣品夾鉗組件圖示為包含夾鉗外殼(400；610)以及一對楔形樣品夾鉗(620A，620B)。所述外殼具有截頭錐體的外形以及兩個朝向外的均以一定角度傾斜的傾斜表面(403，405)，所述傾斜表面配合地緊鄰鉗口的互補(bǔ)的傾斜內(nèi)表面(19)并且抵靠所述傾斜內(nèi)表面滑動。所述夾鉗定位在外殼內(nèi)的凹口中，使得夾鉗的傾斜表面(413，417)緊鄰?fù)鈿さ幕パa(bǔ)內(nèi)表面。包含夾鉗和樣品的外殼適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉阢Q口內(nèi)，外殼和夾鉗則被抬高到固定位置處。所述外殼充分消除了在試驗程序的過程中原本會由施加到鉗口和樣品夾鉗組件上的拉伸和/或壓縮力引起的來自樣品夾鉗的任何顯著的柔量。
文檔編號G01N3/04GK101952705SQ200880118649
公開日2011年1月19日 申請日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者諾曼·A·林德曼 申請人:動態(tài)系統(tǒng)公司