專利名稱：一種金屬板材溫?zé)岢尚螁蜗蚶煸囼?yàn)夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬板材溫?zé)岢尚涡阅軠y(cè)試技術(shù)，具體為一種用于金屬板材溫?zé)?成形單向拉伸力學(xué)性能測(cè)試的拉伸試驗(yàn)夾具。
背景技術(shù)：
在對(duì)金屬板材溫?zé)岢尚涡阅苓M(jìn)行研究的時(shí)候，可以通過(guò)在不同溫度下的單向 拉伸試驗(yàn)獲得溫?zé)岢尚螚l件下材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線、延伸率，以此推導(dǎo)出材料的 應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變率敏感系數(shù)，進(jìn)而研究各個(gè)參數(shù)對(duì)材料性能的影響。
和常溫下拉伸試驗(yàn)相比較，加熱情形下的單向拉伸試驗(yàn)有諸多特殊性。第一 在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中拉伸試件要始終處在加溫的環(huán)境中，所以不能直接用引伸計(jì)對(duì) 拉伸試件標(biāo)距的位移量進(jìn)行測(cè)量；第二溫?zé)崂煸囼?yàn)時(shí)，加熱溫度不同，拉伸 試件的軟化程度也會(huì)隨之變化，軟化程度大會(huì)使位移量引出變得不準(zhǔn)確；第三 由于加熱爐內(nèi)空間有限，所以定位夾緊裝置應(yīng)該在能保證拉伸試件的長(zhǎng)度方向與 加載力方向共線的前提下結(jié)構(gòu)小巧簡(jiǎn)便；第四加熱爐內(nèi)的溫度會(huì)使整個(gè)夾具處 于加熱狀態(tài)，熱量如果傳導(dǎo)到試驗(yàn)機(jī)上容易對(duì)其傳感器等易損器件產(chǎn)生不良影 響。
此前國(guó)外有相關(guān)的試驗(yàn)夾具的設(shè)計(jì)。如專利號(hào)為5，286,108的美國(guó)專利給 出一種高溫單向拉伸試驗(yàn)的夾具設(shè)計(jì)方法。這種方法通過(guò)對(duì)螺母的擰緊帶動(dòng)斜楔 對(duì)拉伸試件進(jìn)行夾緊，解決了在相對(duì)狹小空間內(nèi)對(duì)拉伸試件的夾緊問(wèn)題。但其設(shè) 計(jì)存在如下問(wèn)題1.在對(duì)標(biāo)距位移量測(cè)量時(shí)無(wú)法安裝引伸計(jì)，只能用拉伸試件 整體的變形量近似代替標(biāo)距的位移，降低了試驗(yàn)的精度。2.拉伸試件定位采用
"兩面一銷(xiāo)"的方法，存在過(guò)定位，定位精度取決于拉伸試件輪廓制造精度，故 無(wú)法保證加載力的方向與拉伸試件長(zhǎng)度方向共線且斜楔夾緊的方法使得拉伸試
件的安裝較為繁瑣；3.無(wú)冷卻裝置，無(wú)法防止高溫對(duì)試驗(yàn)機(jī)夾頭處傳感器產(chǎn)生 不良影響。
國(guó)內(nèi)也有類(lèi)似的試驗(yàn)夾具，如江蘇科技大學(xué)的溫?zé)岢尚卧囼?yàn)夾具。該夾具安 裝了冷卻盤(pán)，可以防止高溫對(duì)試驗(yàn)機(jī)夾頭處傳感器的破壞。但其夾具的設(shè)計(jì)仍存 在不足1.在對(duì)標(biāo)距位移量測(cè)量時(shí)無(wú)法安裝引伸計(jì)，只能用拉伸試件整體的變 形量近似代替標(biāo)距的位移，降低了試驗(yàn)的精度；2.通過(guò)機(jī)械對(duì)中的方法來(lái)保證 拉伸試件長(zhǎng)度方向與加載力的方向共線，增加了對(duì)夾具的零件加工和裝配的精度 要求。
目前市場(chǎng)上有少量溫成形拉伸試驗(yàn)夾具。如深圳市新三思材料檢測(cè)有限公司 生產(chǎn)的溫成形拉伸試驗(yàn)夾具。該夾具的位移量引出裝置可將加熱爐內(nèi)拉伸試件的 位移引出到爐外，并且設(shè)計(jì)有冷卻裝置可以對(duì)連接處進(jìn)行冷卻。但其設(shè)計(jì)還存在 如下缺點(diǎn)1.不同的溫度下材料的軟化程度不同，溫度越高，材料的軟化程度越大，拉伸試件中部標(biāo)距位置的凸起越容易在位移量引出桿拉力的作用下變形， 造成引出的位移量不準(zhǔn)確；2.拉伸試件采用銷(xiāo)定位，不夾緊，故無(wú)法保證拉伸 試件長(zhǎng)度方向與加載力的方向共線；3.通入的冷卻水在冷卻裝置中以直流的方 式通過(guò)，冷卻能力比環(huán)流的方式低。因此該試驗(yàn)裝置可以在溫成形的情形下使用， 但不適用于高溫?zé)嵩囼?yàn)的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于金屬板材溫?zé)岢尚螁蜗蚶炝W(xué)性能測(cè)試的拉伸試驗(yàn) 夾具。針對(duì)上述夾具設(shè)計(jì)上的不足，本夾具能夠?qū)⒉煌瑴囟认虏煌浕潭壤?試件的標(biāo)距位移量引出加熱爐外，方便使用引伸計(jì)對(duì)其位移準(zhǔn)確測(cè)量；拉伸試件 裝夾后可以保證加載力的方向與拉伸試件長(zhǎng)度方向共線；冷卻裝置能有效地對(duì)夾 具與試驗(yàn)機(jī)連接處進(jìn)行冷卻。該夾具可有效地提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
該夾具共由位移量引出部分、拉伸試件定位夾緊部分、試驗(yàn)機(jī)連接部分組成。
為了將不同軟化程度的拉伸試件標(biāo)距位移量引出至加熱爐外，本夾具位移量 引出部分設(shè)計(jì)如下它具體由上位移量引出桿、下位移量引出桿、上圓柱套筒、
下圓柱套筒和拉緊裝置組成。
上位移量引出桿的卡槽和下位移量引出桿的卡槽與拉伸試件中部標(biāo)距位置 的凸起相配合，使拉伸試件在變形時(shí)拉伸試件中部標(biāo)距位置的凸起可以帶動(dòng)上位 移量引出桿相對(duì)于下位移量引出桿發(fā)生移動(dòng)。上位移量引出桿的延伸端的半圓形 通槽和下位移量引出桿的延伸端的半圓形通槽與下拉桿上的半圓形槽之間裝有 滑棒，使得在拉緊裝置產(chǎn)生的拉緊力作用下，上位移量引出桿和下位移量引出桿 可以在滑棒上滑動(dòng)。上圓柱套筒和下圓柱套筒安裝在延伸端上的通孔中，用于固 定引伸計(jì)。上圓柱套筒的針和下圓柱套筒的通孔相配合，對(duì)上位移量引出桿相對(duì) 于下位移量引出桿的滑動(dòng)起導(dǎo)向作用。拉緊裝置安裝在上位移量引出桿的延伸端 和下位移量引出桿的延伸端上。上拉桿通過(guò)拉伸試件與上位移量引出桿、下位移 量引出桿和下拉桿連接。
拉緊裝置的作用是，通過(guò)拉緊延伸端，使得上位移量引出桿、下位移量引出 桿貼緊在滑棒上。拉緊裝置由拉緊螺釘、壓縮彈簧、拉緊螺母組成。拉緊螺母旋 在拉緊螺釘上，壓縮彈簧套在拉緊螺釘上并始終處于壓縮狀態(tài)。拉緊裝置產(chǎn)生的 拉緊力大小可調(diào)，旋緊拉緊螺母拉緊力變大，旋出則反之。拉緊力增大，上位移 量引出桿和下位移量引出桿滑動(dòng)時(shí)要克服的摩擦力變大，這樣造成上位移量引出 桿和下位移量引出桿對(duì)拉伸試件中部標(biāo)距位置的凸起的拉力增大。在溫?zé)岢尚卫?伸試驗(yàn)時(shí)，溫度越高拉伸試件軟化現(xiàn)象越明顯，拉伸試件中部標(biāo)距位置的凸起就 越容易在上位移量引出桿和下位移量引出桿的拉力作用下變形，使得引出的位移 量不準(zhǔn)確，但大的拉緊力可以使夾具結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)更可靠。因此在高溫試驗(yàn)時(shí)可以適當(dāng)減小拉緊力來(lái)減小拉伸試件中部標(biāo)距位置的凸起的變形，進(jìn)而提高試驗(yàn) 精度，而在中低溫試驗(yàn)時(shí)可適當(dāng)增大拉緊力以使夾具結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)更可靠。
為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單準(zhǔn)確地將拉伸試件進(jìn)行定位和夾緊并且保證加載力的方向與 拉伸試件長(zhǎng)度方向共線，本夾具拉伸試件的定位夾緊部分設(shè)計(jì)如下拉伸試件定 位夾緊部分由上拉桿、下拉桿、上壓片、下壓片、螺栓和螺母組成。通過(guò)添加墊 片使得拉伸試件可以相對(duì)于上拉桿、下拉桿的軸線保持對(duì)中。上壓片和下壓片突 出的長(zhǎng)圓形部分與上拉桿和下拉桿的半長(zhǎng)圓形槽相配合，對(duì)上壓片、下壓片進(jìn)行 定位。拉伸試件的一頭位于上壓片和上拉桿之間，另一頭位于下壓片和下拉桿之 間，靠螺栓與拉伸試件上圓孔的配合來(lái)定位，通過(guò)擰緊螺母夾緊。
為防止高溫對(duì)試驗(yàn)機(jī)夾頭處傳感器產(chǎn)生不良影響，本夾具與試驗(yàn)機(jī)連接部分 設(shè)計(jì)如下夾具與試驗(yàn)機(jī)連接處設(shè)有冷卻裝置，試驗(yàn)機(jī)連接部分由上連接頭、下 連接頭、上冷卻盤(pán)和下冷卻盤(pán)組成，上連接頭和下連接頭通過(guò)螺紋連接的方法分 別與上冷卻盤(pán)和下冷卻盤(pán)連接，上冷卻盤(pán)和下冷卻盤(pán)也通過(guò)螺紋連接的方法分別 與定位夾緊部分的上拉桿和下拉桿相連接，上冷卻盤(pán)和下冷卻盤(pán)內(nèi)部中空，冷卻 水通過(guò)冷卻水進(jìn)出接口從上冷卻盤(pán)和下冷卻盤(pán)通入和流出，冷卻水在冷卻盤(pán)中形 成環(huán)流來(lái)對(duì)夾具與試驗(yàn)機(jī)連接處進(jìn)行冷卻，防止高溫對(duì)試驗(yàn)機(jī)夾頭傳感器產(chǎn)生不 良影響。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 圖1為本發(fā)明的夾具裝配圖2為溫?zé)岢尚螁蜗蚶炝W(xué)性能測(cè)試的拉伸試件A示意圖3下拉桿6，下壓片8，螺栓9，螺母IO，上圓柱套筒13，下圓柱套筒14和 拉緊裝置D示意圖；拉緊裝置D包括拉緊螺釘15、壓縮彈簧16、拉緊螺母 17，滑棒18;
圖4上位移量引出桿ll、下位移量引出桿12示意圖； 圖5試驗(yàn)時(shí)夾具安裝結(jié)構(gòu)附圖中1.上連接頭，2.下連接頭，3.上冷卻盤(pán)，4.下冷卻盤(pán)，5.上拉桿， 6.下拉桿，7.上壓片，8.下壓片，9.螺栓，10.螺母，11.上位移量引出桿， 12.下位移量引出桿，13.上圓柱套筒，14.下圓柱套筒，15.拉緊螺釘，16.壓 縮彈簧，17.拉緊螺母，18.滑棒。
a.卡槽，b.延伸端通孔，c.半圓形通槽，d.拉伸試件中部標(biāo)距位置的凸起，e.延 伸端，f.半圓形槽，g.上圓柱套筒的針，h.下圓柱套筒的通孔，i.冷卻水進(jìn)出 接口， j.突出的長(zhǎng)圓形部分，k.半長(zhǎng)圓形槽，m.拉伸試件上的圓孔。
A.拉伸試件，B.加熱爐，C.引伸計(jì)，D.拉緊裝置。具體實(shí)施方案
本夾具共由位移量引出部分、拉伸試件定位夾緊部分、試驗(yàn)機(jī)連接部分組成。 本夾具可將不同溫度下不同軟化程度拉伸試件的標(biāo)距位移量引出加熱爐外，方便 利用引伸計(jì)對(duì)位移準(zhǔn)確測(cè)量；拉伸試件裝夾后可以保證試驗(yàn)機(jī)加載力的方向與拉 伸試件長(zhǎng)度方向共線；與試驗(yàn)機(jī)連接處設(shè)有冷卻裝置，可在高溫情況下對(duì)夾具與 試驗(yàn)機(jī)連接處進(jìn)行冷卻。
本夾具的位移量引出部分由上位移量引出桿ll、下位移量引出桿12、上圓 柱套筒13、下圓柱套筒14和拉緊裝置D組成。
安裝拉伸試件時(shí)，拉伸試件中部標(biāo)距位置的凸起d與上位移量引出桿ll的 卡槽a和下位移量引出桿12的卡槽a配合，使拉伸試件中部標(biāo)距位置的凸起d 可以帶動(dòng)上位移量引出桿11相對(duì)于下位移量引出桿12發(fā)生移動(dòng)。上位移量引出 桿11延伸端e和下位移量引出桿12延伸端e的半圓形通槽c與下拉桿6上半圓 形槽f之間裝有滑棒18,使得在拉緊裝置D產(chǎn)生的拉緊力作用下，上位移量引 出桿11和下位移量引出桿12可以在滑棒18上滑動(dòng)。
考慮到不同的溫度下拉伸試件軟化程度的不同，可以通過(guò)旋動(dòng)拉緊螺母17 來(lái)調(diào)節(jié)壓縮彈簧16的長(zhǎng)度，進(jìn)而調(diào)節(jié)拉緊裝置D對(duì)上位移量引出桿11的延伸 端e和下位移量引出桿12的延伸端e的拉緊力大小。高溫試驗(yàn)時(shí)可以適當(dāng)減小 拉緊力來(lái)減小拉伸試件中部標(biāo)距位置的凸起d的變形，進(jìn)而提高試驗(yàn)精度，而在 中低溫試驗(yàn)時(shí)可適當(dāng)增大拉緊力以使夾具結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)更可靠。上圓柱套筒 13、下圓柱套筒14用于固定引伸計(jì)C，上圓柱套筒的針g和下圓柱套筒的通孔 h相配合，對(duì)上位移量引出桿11相對(duì)于下位移量引出桿12的滑動(dòng)起導(dǎo)向作用。
本夾具拉伸試件的定位夾緊部分由上拉桿5、下拉桿6、上壓片7、下壓片8、 螺栓9和螺母10組成。上壓片7和下壓片8突出的長(zhǎng)圓形部分j與上拉桿5和 下拉桿6的半長(zhǎng)圓形槽k相配合，對(duì)上壓片7和下壓片8進(jìn)行定位。拉伸試件A 一頭位于上壓片7和上拉桿5之間，另一頭位于下壓片8和下拉桿6之間，由螺 栓9與拉伸試件上的圓孔m的配合來(lái)定位，通過(guò)擰緊螺母10夾緊。
本夾具試驗(yàn)機(jī)連接部分由上連接頭l、下連接頭2、上冷卻盤(pán)3和下冷卻盤(pán) 4組成。冷卻水通過(guò)進(jìn)出接口i通入和流出，在上冷卻盤(pán)3和下冷卻盤(pán)4內(nèi)部形 成環(huán)流對(duì)連接處冷卻。
使用本夾具的試驗(yàn)過(guò)程如下
首先對(duì)拉伸試件和夾具進(jìn)行安裝，使拉伸試件中部標(biāo)距位置的凸起d與上位 移量引出桿ll的卡槽a和下位移量引出桿12的卡槽a配合，通過(guò)添加墊片以確 保拉伸試件A相對(duì)于上拉桿5和下拉桿6的軸線保持對(duì)中，并利用螺栓9和拉 伸試件的圓孔m對(duì)拉伸試件定位。再分別將上壓片7和下壓片8壓于拉伸試件 A上。將上壓片7和下壓片8對(duì)應(yīng)的螺母10旋上但不旋緊，使上壓片7和下壓片8輕輕壓在拉伸試件A上。調(diào)整拉緊裝置D的拉緊力大小。把夾具的上連接 頭1和下連接頭2分別安裝在試驗(yàn)機(jī)的上夾頭套和下夾頭套上，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)施加 適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，再擰緊螺母IO。將引伸計(jì)C的兩個(gè)刃口分別與上圓柱套筒13和 下圓柱套筒14固定，就完成對(duì)拉伸試件A的夾緊及對(duì)夾具的安裝。
在夾具安裝完畢以后，將冷卻水管與上冷卻盤(pán)1和下冷卻盤(pán)2上的冷卻水進(jìn) 出接口i相連接。通入冷卻水，設(shè)定加熱爐的溫度，閉合加熱爐對(duì)拉伸試件進(jìn)行 加溫。待溫控裝置顯示加熱爐內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，啟動(dòng)單向拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行 試驗(yàn)。由計(jì)算機(jī)采集并記錄試驗(yàn)過(guò)程的應(yīng)力應(yīng)變等數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1、一種金屬板材溫?zé)岢尚螁蜗蚶煸囼?yàn)夾具，其特征在于由位移量引出部分、拉伸試件定位夾緊部分、試驗(yàn)機(jī)連接部分組成；位移量引出部分由上位移量引出桿(11)、下位移量引出桿(12)、上圓柱套筒(13)、下圓柱套筒(14)和拉緊裝置(D)組成；拉伸試件定位夾緊部分由上拉桿(5)、下拉桿(6)、上壓片(7)和下壓片(8)組成；試驗(yàn)機(jī)連接部分由上連接頭(1)、下連接頭(2)、內(nèi)部中空可通冷卻水的上冷卻盤(pán)(3)和內(nèi)部中空可通冷卻水的下冷卻盤(pán)(4)組成；上位移量引出桿(11)的延伸端(e)和下位移量引出桿(12)的延伸端(e)安裝在下拉桿(6)上，上圓柱套筒(13)和下圓柱套筒(14)分別安裝在上位移量引出桿(11)的延伸端(e)和下位移量引出桿(12)的延伸端(e)上；拉緊裝置同樣也安裝在上位移量引出桿(11)的延伸端(e)和下位移量引出桿(12)的延伸端(e)上；上壓片(7)安裝在上拉桿(5)上，下壓片(8)安裝在下拉桿(6)上；上拉桿(5)通過(guò)拉伸試件(A)與上位移量引出桿(11)、下位移量引出桿(12)和下拉桿(6)連接；上連接頭(1)和下連接頭(2)分別與上冷卻盤(pán)(3)和下冷卻盤(pán)(4)相連接，上冷卻盤(pán)(3)和下冷卻盤(pán)(4)分別與定位夾緊部分的上拉桿(5)和下拉桿(6)相連接。
2、 權(quán)利要求1所述的一種金屬板材溫?zé)岢尚螁蜗蚶煸囼?yàn)夾具，其特征在 于上位移量引出桿(11)的延伸端(e)和下位移量引出桿(12)的延伸端(e) 的中部開(kāi)有半圓形通槽(c)，下拉桿(6)上開(kāi)有半圓形槽(f)，滑棒(18)裝 在半圓形通槽(c)和半圓形槽(f)之間，從而使上位移量引出桿(11)和下位 移量引出桿(12)可以沿滑棒(18)上下滑動(dòng)。
3、 權(quán)利要求l所述的一種金屬板材溫?zé)岢尚螁蜗蚶煸囼?yàn)夾具，其特征在 于上圓柱套筒(13)安裝在上位移量引出桿(11)的延伸端(e)上的通孔(b) 中， 下圓柱套筒(14)安裝在下位移量引出桿(12)的延伸端(e)上的通孔(b) 中，上圓柱套筒的針(g)和下圓柱套筒的通孔(h)相配合，對(duì)上位移量引出桿(11)相對(duì)于下位移量引出桿(12)的滑動(dòng)起導(dǎo)向作用。
4、 權(quán)利要求1所述的一種金屬板材溫?zé)岢尚螁蜗蚶煸囼?yàn)夾具，其特征在 于拉緊裝置(D)由拉緊螺釘(15)、壓縮彈簧(16)和拉緊螺母(17)組成， 壓縮彈簧(16)通過(guò)拉緊螺母(17)安裝在拉緊螺釘(15)上。
5、 權(quán)利要求1所述的一種金屬板材溫?zé)岢尚螁蜗蚶煸囼?yàn)夾具，其特征在 于上壓片(7)和下壓片(8)上突出的長(zhǎng)圓形部分(j)與上拉桿(5)和下拉桿(6)上的半長(zhǎng)圓形槽(k)相配合，對(duì)上壓片(7)、下壓片(8)進(jìn)行定位；拉伸試件(A)的一頭位于上壓片(7)和上拉桿(5)之間，另一頭位于下壓片 (8)和下拉桿(6)之間，靠螺栓(9)與拉伸試件上的圓孔(m)的配合來(lái)定 位，通過(guò)擰緊螺母(10)夾緊；拉伸試件中部標(biāo)距位置的凸起(d)與上位移量 引出桿(11)的卡槽(a)和下位移量引出桿(12)的卡槽(a)相配合，使拉伸 試件(A)在變形時(shí)拉伸試件中部標(biāo)距位置的凸起(d)可以帶動(dòng)上位移量引出 桿(11)相對(duì)于下位移量引出桿(12)發(fā)生移動(dòng)。
6、權(quán)利要求1所述的一種金屬板材溫?zé)岢尚螁蜗蚶煸囼?yàn)夾具，其特征在 于上壓片(7)與上拉桿(5)之間以及下壓片(8)與下拉桿(6)之間設(shè)有不 同厚度的墊片，來(lái)滿足不同厚度的拉伸試件(A)相對(duì)上拉桿(5)和下拉桿(6) 軸線對(duì)中的需要，從而保證試驗(yàn)中加載力的方向與拉伸試件(A)長(zhǎng)度方向共線。
全文摘要
一種金屬板材溫?zé)岢尚螁蜗蚶煸囼?yàn)夾具，涉及金屬板材溫?zé)岢尚涡阅軠y(cè)試技術(shù)。該夾具由位移量引出部分、拉伸試件定位夾緊部分、試驗(yàn)機(jī)連接部分組成，能夠?qū)⒉煌瑴囟认虏煌浕潭鹊睦煸嚰?biāo)距位移量引出加熱爐外，方便使用引伸計(jì)對(duì)其位移準(zhǔn)確測(cè)量；拉伸試件裝夾后可以保證加載力的方向與拉伸試件長(zhǎng)度方向共線；冷卻裝置能有效地對(duì)夾具與試驗(yàn)機(jī)連接處進(jìn)行冷卻。該夾具能有效提高了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01N3/00GK101608988SQ20091018123
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者毅 丁, 滕廣宇, 郭玉琴, 煒 陳, 陳康敏 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)