CN101608988A - 一种金属板材温热成形单向拉伸试验夹具 - Google Patents

Abstract

一种金属板材温热成形单向拉伸试验夹具，涉及金属板材温热成形性能测试技术。该夹具由位移量引出部分、拉伸试件定位夹紧部分、试验机连接部分组成，能够将不同温度下不同软化程度的拉伸试件标距位移量引出加热炉外，方便使用引伸计对其位移准确测量；拉伸试件装夹后可以保证加载力的方向与拉伸试件长度方向共线；冷却装置能有效地对夹具与试验机连接处进行冷却。该夹具能有效提高了试验结果的准确性。

Description

一种金属板材温热成形单向拉伸试验夹具

技术领域

本发明涉及金属板材温热成形性能测试技术，具体为一种用于金属板材温热成形单向拉伸力学性能测试的拉伸试验夹具。

背景技术

在对金属板材温热成形性能进行研究的时候，可以通过在不同温度下的单向拉伸试验获得温热成形条件下材料的应力应变曲线、延伸率，以此推导出材料的应变硬化指数和应变率敏感系数，进而研究各个参数对材料性能的影响。

和常温下拉伸试验相比较，加热情形下的单向拉伸试验有诸多特殊性。第一：在整个试验过程中拉伸试件要始终处在加温的环境中，所以不能直接用引伸计对拉伸试件标距的位移量进行测量；第二：温热拉伸试验时，加热温度不同，拉伸试件的软化程度也会随之变化，软化程度大会使位移量引出变得不准确；第三：由于加热炉内空间有限，所以定位夹紧装置应该在能保证拉伸试件的长度方向与加载力方向共线的前提下结构小巧简便；第四：加热炉内的温度会使整个夹具处于加热状态，热量如果传导到试验机上容易对其传感器等易损器件产生不良影响。

此前国外有相关的试验夹具的设计。如专利号为：5,286,108的美国专利给出一种高温单向拉伸试验的夹具设计方法。这种方法通过对螺母的拧紧带动斜楔对拉伸试件进行夹紧，解决了在相对狭小空间内对拉伸试件的夹紧问题。但其设计存在如下问题：1.在对标距位移量测量时无法安装引伸计，只能用拉伸试件整体的变形量近似代替标距的位移，降低了试验的精度。2.拉伸试件定位采用“两面一销”的方法，存在过定位，定位精度取决于拉伸试件轮廓制造精度，故无法保证加载力的方向与拉伸试件长度方向共线且斜楔夹紧的方法使得拉伸试件的安装较为繁琐；3.无冷却装置，无法防止高温对试验机夹头处传感器产生不良影响。

国内也有类似的试验夹具，如江苏科技大学的温热成形试验夹具。该夹具安装了冷却盘，可以防止高温对试验机夹头处传感器的破坏。但其夹具的设计仍存在不足：1.在对标距位移量测量时无法安装引伸计，只能用拉伸试件整体的变形量近似代替标距的位移，降低了试验的精度；2.通过机械对中的方法来保证拉伸试件长度方向与加载力的方向共线，增加了对夹具的零件加工和装配的精度要求。

目前市场上有少量温成形拉伸试验夹具。如深圳市新三思材料检测有限公司生产的温成形拉伸试验夹具。该夹具的位移量引出装置可将加热炉内拉伸试件的位移引出到炉外，并且设计有冷却装置可以对连接处进行冷却。但其设计还存在如下缺点：1.不同的温度下材料的软化程度不同，温度越高，材料的软化程度越大，拉伸试件中部标距位置的凸起越容易在位移量引出杆拉力的作用下变形，造成引出的位移量不准确；2.拉伸试件采用销定位，不夹紧，故无法保证拉伸试件长度方向与加载力的方向共线；3.通入的冷却水在冷却装置中以直流的方式通过，冷却能力比环流的方式低。因此该试验装置可以在温成形的情形下使用，但不适用于高温热试验的情况。

发明内容

本发明提供一种用于金属板材温热成形单向拉伸力学性能测试的拉伸试验夹具。针对上述夹具设计上的不足，本夹具能够将不同温度下不同软化程度拉伸试件的标距位移量引出加热炉外，方便使用引伸计对其位移准确测量；拉伸试件装夹后可以保证加载力的方向与拉伸试件长度方向共线；冷却装置能有效地对夹具与试验机连接处进行冷却。该夹具可有效地提高试验结果的准确性。

本发明采用以下技术方案实现：

该夹具共由位移量引出部分、拉伸试件定位夹紧部分、试验机连接部分组成。

为了将不同软化程度的拉伸试件标距位移量引出至加热炉外，本夹具位移量引出部分设计如下：它具体由上位移量引出杆、下位移量引出杆、上圆柱套筒、下圆柱套筒和拉紧装置组成。

上位移量引出杆的卡槽和下位移量引出杆的卡槽与拉伸试件中部标距位置的凸起相配合，使拉伸试件在变形时拉伸试件中部标距位置的凸起可以带动上位移量引出杆相对于下位移量引出杆发生移动。上位移量引出杆的延伸端的半圆形通槽和下位移量引出杆的延伸端的半圆形通槽与下拉杆上的半圆形槽之间装有滑棒，使得在拉紧装置产生的拉紧力作用下，上位移量引出杆和下位移量引出杆可以在滑棒上滑动。上圆柱套筒和下圆柱套筒安装在延伸端上的通孔中，用于固定引伸计。上圆柱套筒的针和下圆柱套筒的通孔相配合，对上位移量引出杆相对于下位移量引出杆的滑动起导向作用。拉紧装置安装在上位移量引出杆的延伸端和下位移量引出杆的延伸端上。上拉杆通过拉伸试件与上位移量引出杆、下位移量引出杆和下拉杆连接。

拉紧装置的作用是，通过拉紧延伸端，使得上位移量引出杆、下位移量引出杆贴紧在滑棒上。拉紧装置由拉紧螺钉、压缩弹簧、拉紧螺母组成。拉紧螺母旋在拉紧螺钉上，压缩弹簧套在拉紧螺钉上并始终处于压缩状态。拉紧装置产生的拉紧力大小可调，旋紧拉紧螺母拉紧力变大，旋出则反之。拉紧力增大，上位移量引出杆和下位移量引出杆滑动时要克服的摩擦力变大，这样造成上位移量引出杆和下位移量引出杆对拉伸试件中部标距位置的凸起的拉力增大。在温热成形拉伸试验时，温度越高拉伸试件软化现象越明显，拉伸试件中部标距位置的凸起就越容易在上位移量引出杆和下位移量引出杆的拉力作用下变形，使得引出的位移量不准确，但大的拉紧力可以使夹具结构紧凑，运动更可靠。因此在高温试验时可以适当减小拉紧力来减小拉伸试件中部标距位置的凸起的变形，进而提高试验精度，而在中低温试验时可适当增大拉紧力以使夹具结构紧凑，运动更可靠。

为了实现简单准确地将拉伸试件进行定位和夹紧并且保证加载力的方向与拉伸试件长度方向共线，本夹具拉伸试件的定位夹紧部分设计如下：拉伸试件定位夹紧部分由上拉杆、下拉杆、上压片、下压片、螺栓和螺母组成。通过添加垫片使得拉伸试件可以相对于上拉杆、下拉杆的轴线保持对中。上压片和下压片突出的长圆形部分与上拉杆和下拉杆的半长圆形槽相配合，对上压片、下压片进行定位。拉伸试件的一头位于上压片和上拉杆之间，另一头位于下压片和下拉杆之间，靠螺栓与拉伸试件上圆孔的配合来定位，通过拧紧螺母夹紧。

为防止高温对试验机夹头处传感器产生不良影响，本夹具与试验机连接部分设计如下：夹具与试验机连接处设有冷却装置，试验机连接部分由上连接头、下连接头、上冷却盘和下冷却盘组成，上连接头和下连接头通过螺纹连接的方法分别与上冷却盘和下冷却盘连接，上冷却盘和下冷却盘也通过螺纹连接的方法分别与定位夹紧部分的上拉杆和下拉杆相连接，上冷却盘和下冷却盘内部中空，冷却水通过冷却水进出接口从上冷却盘和下冷却盘通入和流出，冷却水在冷却盘中形成环流来对夹具与试验机连接处进行冷却，防止高温对试验机夹头传感器产生不良影响。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明的夹具装配图；

图2为温热成形单向拉伸力学性能测试的拉伸试件A示意图；

图3下拉杆6，下压片8，螺栓9，螺母10，上圆柱套筒13，下圆柱套筒14和拉紧装置D示意图；拉紧装置D包括：拉紧螺钉15、压缩弹簧16、拉紧螺母17，滑棒18；

图4上位移量引出杆11、下位移量引出杆12示意图；

图5试验时夹具安装结构图；

附图中：1.上连接头，2.下连接头，3.上冷却盘，4.下冷却盘，5.上拉杆，6.下拉杆，7.上压片，8.下压片，9.螺栓，10.螺母，11.上位移量引出杆，12.下位移量引出杆，13.上圆柱套筒，14.下圆柱套筒，15.拉紧螺钉，16.压缩弹簧，17.拉紧螺母，18.滑棒。

a.卡槽，b.延伸端通孔，c.半圆形通槽，d.拉伸试件中部标距位置的凸起，e.延伸端，f.半圆形槽，g.上圆柱套筒的针，h.下圆柱套筒的通孔，i.冷却水进出接口，j.突出的长圆形部分，k.半长圆形槽，m.拉伸试件上的圆孔。

A.拉伸试件，B.加热炉，C.引伸计，D.拉紧装置。

具体实施方案

本夹具共由位移量引出部分、拉伸试件定位夹紧部分、试验机连接部分组成。本夹具可将不同温度下不同软化程度拉伸试件的标距位移量引出加热炉外，方便利用引伸计对位移准确测量；拉伸试件装夹后可以保证试验机加载力的方向与拉伸试件长度方向共线；与试验机连接处设有冷却装置，可在高温情况下对夹具与试验机连接处进行冷却。

本夹具的位移量引出部分由上位移量引出杆11、下位移量引出杆12、上圆柱套筒13、下圆柱套筒14和拉紧装置D组成。

安装拉伸试件时，拉伸试件中部标距位置的凸起d与上位移量引出杆11的卡槽a和下位移量引出杆12的卡槽a配合，使拉伸试件中部标距位置的凸起d可以带动上位移量引出杆11相对于下位移量引出杆12发生移动。上位移量引出杆11延伸端e和下位移量引出杆12延伸端e的半圆形通槽c与下拉杆6上半圆形槽f之间装有滑棒18，使得在拉紧装置D产生的拉紧力作用下，上位移量引出杆11和下位移量引出杆12可以在滑棒18上滑动。

考虑到不同的温度下拉伸试件软化程度的不同，可以通过旋动拉紧螺母17来调节压缩弹簧16的长度，进而调节拉紧装置D对上位移量引出杆11的延伸端e和下位移量引出杆12的延伸端e的拉紧力大小。高温试验时可以适当减小拉紧力来减小拉伸试件中部标距位置的凸起d的变形，进而提高试验精度，而在中低温试验时可适当增大拉紧力以使夹具结构紧凑，运动更可靠。上圆柱套筒13、下圆柱套筒14用于固定引伸计C，上圆柱套筒的针g和下圆柱套筒的通孔h相配合，对上位移量引出杆11相对于下位移量引出杆12的滑动起导向作用。

本夹具拉伸试件的定位夹紧部分由上拉杆5、下拉杆6、上压片7、下压片8、螺栓9和螺母10组成。上压片7和下压片8突出的长圆形部分j与上拉杆5和下拉杆6的半长圆形槽k相配合，对上压片7和下压片8进行定位。拉伸试件A一头位于上压片7和上拉杆5之间，另一头位于下压片8和下拉杆6之间，由螺栓9与拉伸试件上的圆孔m的配合来定位，通过拧紧螺母10夹紧。

本夹具试验机连接部分由上连接头1、下连接头2、上冷却盘3和下冷却盘4组成。冷却水通过进出接口i通入和流出，在上冷却盘3和下冷却盘4内部形成环流对连接处冷却。

使用本夹具的试验过程如下：

首先对拉伸试件和夹具进行安装，使拉伸试件中部标距位置的凸起d与上位移量引出杆11的卡槽a和下位移量引出杆12的卡槽a配合，通过添加垫片以确保拉伸试件A相对于上拉杆5和下拉杆6的轴线保持对中，并利用螺栓9和拉伸试件的圆孔m对拉伸试件定位。再分别将上压片7和下压片8压于拉伸试件A上。将上压片7和下压片8对应的螺母10旋上但不旋紧，使上压片7和下压片8轻轻压在拉伸试件A上。调整拉紧装置D的拉紧力大小。把夹具的上连接头1和下连接头2分别安装在试验机的上夹头套和下夹头套上，启动试验机施加适当的预紧力，再拧紧螺母10。将引伸计C的两个刃口分别与上圆柱套筒13和下圆柱套筒14固定，就完成对拉伸试件A的夹紧及对夹具的安装。

在夹具安装完毕以后，将冷却水管与上冷却盘1和下冷却盘2上的冷却水进出接口i相连接。通入冷却水，设定加热炉的温度，闭合加热炉对拉伸试件进行加温。待温控装置显示加热炉内温度达到设定温度后，启动单向拉伸试验机进行试验。由计算机采集并记录试验过程的应力应变等数据。

Claims (6)

1、一种金属板材温热成形单向拉伸试验夹具，其特征在于：由位移量引出部分、拉伸试件定位夹紧部分、试验机连接部分组成；位移量引出部分由上位移量引出杆(11)、下位移量引出杆(12)、上圆柱套筒(13)、下圆柱套筒(14)和拉紧装置(D)组成；拉伸试件定位夹紧部分由上拉杆(5)、下拉杆(6)、上压片(7)和下压片(8)组成；试验机连接部分由上连接头(1)、下连接头(2)、内部中空可通冷却水的上冷却盘(3)和内部中空可通冷却水的下冷却盘(4)组成；上位移量引出杆(11)的延伸端(e)和下位移量引出杆(12)的延伸端(e)安装在下拉杆(6)上，上圆柱套筒(13)和下圆柱套筒(14)分别安装在上位移量引出杆(11)的延伸端(e)和下位移量引出杆(12)的延伸端(e)上；拉紧装置同样也安装在上位移量引出杆(11)的延伸端(e)和下位移量引出杆(12)的延伸端(e)上；上压片(7)安装在上拉杆(5)上，下压片(8)安装在下拉杆(6)上；上拉杆(5)通过拉伸试件(A)与上位移量引出杆(11)、下位移量引出杆(12)和下拉杆(6)连接；上连接头(1)和下连接头(2)分别与上冷却盘(3)和下冷却盘(4)相连接，上冷却盘(3)和下冷却盘(4)分别与定位夹紧部分的上拉杆(5)和下拉杆(6)相连接。

2、权利要求1所述的一种金属板材温热成形单向拉伸试验夹具，其特征在于：上位移量引出杆(11)的延伸端(e)和下位移量引出杆(12)的延伸端(e)的中部开有半圆形通槽(c)，下拉杆(6)上开有半圆形槽(f)，滑棒(18)装在半圆形通槽(c)和半圆形槽(f)之间，从而使上位移量引出杆(11)和下位移量引出杆(12)可以沿滑棒(18)上下滑动。

3、权利要求1所述的一种金属板材温热成形单向拉伸试验夹具，其特征在于：上圆柱套筒(13)安装在上位移量引出杆(11)的延伸端(e)上的通孔(b)中，下圆柱套筒(14)安装在下位移量引出杆(12)的延伸端(e)上的通孔(b)中，上圆柱套筒的针(g)和下圆柱套筒的通孔(h)相配合，对上位移量引出杆(11)相对于下位移量引出杆(12)的滑动起导向作用。

4、权利要求1所述的一种金属板材温热成形单向拉伸试验夹具，其特征在于：拉紧装置(D)由拉紧螺钉(15)、压缩弹簧(16)和拉紧螺母(17)组成，压缩弹簧(16)通过拉紧螺母(17)安装在拉紧螺钉(15)上。

5、权利要求1所述的一种金属板材温热成形单向拉伸试验夹具，其特征在于：上压片(7)和下压片(8)上突出的长圆形部分(j)与上拉杆(5)和下拉杆(6)上的半长圆形槽(k)相配合，对上压片(7)、下压片(8)进行定位；拉伸试件(A)的一头位于上压片(7)和上拉杆(5)之间，另一头位于下压片(8)和下拉杆(6)之间，靠螺栓(9)与拉伸试件上的圆孔(m)的配合来定位，通过拧紧螺母(10)夹紧；拉伸试件中部标距位置的凸起(d)与上位移量引出杆(11)的卡槽(a)和下位移量引出杆(12)的卡槽(a)相配合，使拉伸试件(A)在变形时拉伸试件中部标距位置的凸起(d)可以带动上位移量引出杆(11)相对于下位移量引出杆(12)发生移动。

6、权利要求1所述的一种金属板材温热成形单向拉伸试验夹具，其特征在于：上压片(7)与上拉杆(5)之间以及下压片(8)与下拉杆(6)之间设有不同厚度的垫片，来满足不同厚度的拉伸试件(A)相对上拉杆(5)和下拉杆(6)轴线对中的需要，从而保证试验中加载力的方向与拉伸试件(A)长度方向共线。

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