CN101191762A - 调温调载调频冲击试验机 - Google Patents

Abstract

一种冲击试验机，属于硬质合金、陶瓷等材料冲击性能和寿命评估的测试装置。本发明包括循环载荷动力产生装置及动力控制装置、机械传动装置、样品夹具、加热及控温装置、支架底座等。本发明将测试样品固定在冲击测试夹具上，与夹具一起放置于加热装置中，通过机械传动装置将循环载荷动力产生装置产生的动力转化冲击力并作用于测试样品上，通过调整控温装置和动力控制装置来改变冲击试验的温度、载荷和频率。本发明同时具备调温、调载、调频的功能，根据被测试样品的裂纹产生、扩展以及失效情况评估样品材料的抗冲击性能、使用寿命。

Description

调温调载调频冲击试验机

技术领域

本发明涉及结构材料的冲击性能测试领域，更具体的是用于硬质合金、陶瓷等材料冲击性能的测试。

背景技术

在硬质合金、金属陶瓷材料的研究、生产、应用过程中，目前都是通过测量这些材料常温下抗弯强度、冲击韧性、断裂韧性等来评价材料的使用性能。而这类材料在实际的使用过程中，如硬质合金工具在进行铣削、凿岩的时候，将反复受到冲击载荷的影响(日本的TG高速钨钢铣刀，其转速高达40000转/分钟)；同时由于冲击、摩擦的作用，材料的温度将急剧上升，如硬质合金刀具在切削的时候刀尖的温度达到1000℃以上。在这样恶劣的工作条件下，氧化作用以及反复冲击所带来的损伤作用将使材料的性能发生显著变化，造成合金的实际服役性能与常温下测试结果有很大偏差。

另外，由于目前所采用冲击韧性、断裂韧性等测试，都是在常温下进行一次性断裂，这与合金材料在实际工作中所处的高温、反复冲击的工作条件相差很大，所以用常温下冲击韧性、断裂韧性的测试结果来评估和预测合金使用性能和寿命具有很大的局限性，严重影响到用户的合理使用，制约了这类材料研究水平的提高。

目前国内外已经开展了一些这方面的研究工作。德国的H.G.Sockel和Kennametal Hertel公司合作，采用instron疲劳伺服试验机以及自制的弯曲疲劳测试设备，对硬质合金的疲劳性能进行了研究分析(加载方式都为正弦波加载)。但这两种疲劳测试设备，都无法提供反复冲击应力状态的模拟，其测试结果并不能准确的反映硬质合金工作时的性能变化规律。

乌克兰超硬材料研究所开发了硬质合金冲击、和谐载荷疲劳测试设备YM-3A和YM-2，该设备采用电磁铁激励，通过叠板弹簧的谐振带动冲头对样品进行冲击，但此设备存在设备复杂，成本高，更重要的是该装置不具有加热功能，无法模拟材料在实际工况中的发热现象。印度的S.Maity和B.K.Sarkar对Charpy冲击试验机进行了改进，开发了一种可以进行反复冲击的试验设备，但该设备存在冲击频率过于缓慢(约0.1HZ)，试验所需时间太长；且只能进行常温试验等缺点。国内的吴忠四维材料试验机有限公司，开发了一种JD-125型多次冲击试验机，用于金属材料如钢铁的冲击性能测试。但该设备也不能进行加热冲击试验，且冲击的能量、冲击频率也不能实现连续调整。此外，该设备体积庞大，笨重，生产成本很高，样品尺寸比较大，硬质合金、陶瓷等材料制样困难。目前国内外现有的冲击性能测试设备都还不同时具备温度、载荷、频率连续可调的功能，因而对硬质合金、陶瓷等材料在实际工况中的性能及寿命预测准确性较差。

发明内容

本发明提供了一种调温、调载、调频冲击试验设备，解决了现有的冲击试验设备试验温度、冲击频率、冲击能量不能同时调节的缺点，实现了对硬质合金、陶瓷类材料实际工况的模拟，用于研究、检测、评估硬质合金、陶瓷类材料的抗冲击性能，对合金的实际使用性能作出合理的评估及预测。

本专利包括循环载荷动力产生装置及动力控制装置和机械传动装置、冲击夹具、加热装置及控温装置、固定支架及底座等。循环载荷动力产生装置固定在支架和底座上，机械传动装置一端与循环载荷动力产生装置相连，另一端与冲击夹具连接，样品固定在冲击夹具上，冲击夹具和样品放置在加热装置当中。

本发明的工作原理是：由调速电机、电磁铁、气动、液压动力装置等组成的循环载荷动力产生装置产生循环动力，通过传动装置转化成循环冲击载荷并实现变速，带动冲击夹具对放置在加热装置中的样品进行反复冲击。加热装置可以是电阻加热、电流直接加热、微波、激光加热等。通过调整动力控制装置实现最终的冲击频率的控制，通过对控温装置的调节实现对试验温度的控制，根据被测试样品的裂纹产生、扩展以及失效情况评估样品材料的抗冲击性能、使用寿命。

本发明的优点在于：同时具备了试验温度、冲击频率、冲击载荷连续可调的功能；结构独特、新颖，试验样品制备方便(同GB/T1817-1995)，设备使用方便，稳定可靠，制造成本较低，是一种新型的冲击试验设备。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明的结构图。

下面的结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施方式

如图2所示，调速电机4通过螺丝固定在工作台1上，调速电机4和变速盘11通过皮带10相连，带动变速盘11与凸轮12围绕凸轮转动轴13沿顺时针方向转动，并实现减速。横梁连杆14固定在支架15上，一端与凸轮12相连，另一端上放置弹簧17，并可绕横梁转动轴16转动。当凸轮12转动时，弹簧17即被压缩，转动到A点时，弹簧17的压缩量达到最大，凸轮12转动超过A点时，弹簧即被释放，推动与之相连的竖直连杆5和冲击头7向下运动，从而对放置在开合式加热装置6内的样品8进行一次冲击，竖直连杆5中通入冷却水9进行保护。工作台1继续转动，带动变速盘11、凸轮12继续转动，弹簧17又将被压缩，当凸轮12继续转动超过B点时，弹簧17又被释放，带动竖直连杆5、冲击头7对样品再次冲击，这样连续不断的冲击试样，从而进行反复冲击试验，通过调速控制器3调节调速电机4的转速，实现对冲击频率的控制；调节温度控制系统2可控制加热装置6的温度，即试验测试温度；通过调节转动轴13和横梁轴16的位置就可控制弹簧的最大压下量，即冲击的载荷。

Claims (4)

1.一种冲击试验机，包括冲击夹具、固定支架及底座，其特征在于：还包括循环载荷动力产生装置及动力控制装置和机械传动装置、加热装置及控温装置，循环载荷动力产生装置固定在支架和底座上，机械传动装置一端与动力源相连，另一端与冲击夹具连接，样品固定在冲击夹具上，冲击夹具和样品都放置在加热装置当中，通过循环载荷动力产生装置产生循环动力，由传动装置转化成循环冲击载荷并实现变速，带动冲击夹具对放置在加热装置中的样品进行反复冲击，通过调整动力控制装置可改变冲击频率和冲击载荷的控制，通过对控温装置的调节实现对试验温度的控制，实现冲击频率、冲击载荷、试验温度同时调整的功能。

2.根据权利要求1所述的冲击试验机，其特征在于：所述的循环载荷产生动力源由电动机带动转动凸轮、电磁铁、液压装置或气动装置组成由制成。

3.根据权利要求1或2所述的冲击试验机，其特征在于：加热装置是电阻外加热或直接样品通电加热、微波加热、激光或光源加热方式。

4.按照权利要求1或2所述的冲击试验机，其特征在于：所述的连杆内部有冷却水保护装置。

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