CN102288482B - 一种高温拉伸夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温拉伸管材夹具，主要用于高温拉伸性能检测要求GB/T4338-2006的管材试样，此高温夹具包括：一外套筒；一顶杆；一内套筒，所述内套筒底端安装在外套筒连接孔大孔径一端，具有一安装孔，所述安装孔圆周边缘具有一组导向槽，所述导向槽底部与孔中心轴的夹角大于0°；一组与导向槽数量相同的夹持瓦，所述夹持瓦具有安装部和夹紧部，所述安装部与所述导向槽相配合安装，所述安装部底边的斜度与导向槽底边斜度一致，所述夹紧部具有与试件相接触的弧形夹紧面。本发明不但能提供可靠的夹持状态，保证规定非比例延伸强度Rp0.2检测的质量，而且夹持范围覆盖面大，使用一套夹具就可满足高温拉伸试验标准直径范围内管材试件的使用。

Description

一种高温拉伸夹具

技术领域

本发明公开了一种拉伸夹具，具体涉及一种用于测试管材试样在高温环境下的规定非比例延伸强度Rp0.2 等高温拉伸性能等的测试设备上的拉伸夹具。

背景技术  

随着高温合金、钛合金等管材在航空、航天、能源、电气、化工、 交通运输和医学等领域的广泛应用，研究其在高温环境中的力学性能显得越来越重要。

众所周知，准确、可靠和稳定地测定金属管材的高温拉伸性能是极其困难的，主要是由于金属管材本身的局限性(包括材料在高温下受力时发生打滑现象等)及高温环境的特殊性所致。目前国内外试验机厂提供的普通管材高温拉伸夹具一般在高温下易打滑，造成拉伸曲线的弹性直线段变形，出现“假屈服”现象，导致无法准确测定规定非比例延伸强度Rp0.2 。而应用于航天等领域的金属材料对于其工作时的变形有着严格的要求，因此一旦测定的管材规定非比例延伸强度Rp0.2有误，将造成无法想象的后果。

现有的夹具主要由顶杆、套筒和安装在套筒中的若干夹持瓦组成，主要易产生如下缺陷：（1）夹持不可靠：在加持过程中，夹持瓦的分布状态不均匀，易产生两片夹持瓦靠拢在一起，限制了这两片夹持瓦在拉伸过程中随着负荷的增加，作轴向移动和径向移动，导致静摩擦力3Ff <F，；夹持瓦不在同一个平面内，其中一片已明显向试件拉伸方向移动，正由于其中两片夹持瓦靠拢在一起，不能随拉伸的进行作轴向、径向移动，为了保持力的平衡，剩余那片夹持瓦仍在移动中，并且必须增大移动量保证试件的夹持，导致夹持瓦在套筒中，最后出现了三片夹持瓦不在同一个平面的现象；在试件夹持端留有明显的条形划痕，这是试件在不可靠夹持状态下，试验过程中相对夹持瓦出现滑移，夹持瓦上的牙齿在试件表面留下的划痕，表明试件在夹具中出现了滑移。（2）、夹持范围小：一套夹具只能夹持一种直径的试件。

发明内容

针对上述缺陷，本发明目的是提供一种夹持有效、可靠，可杜绝试件打滑且夹持范围大的高温拉伸夹具。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的一种高温拉伸夹具，用于夹持作高温拉伸性能的管材试件，包括：

一外套筒，所述外套筒具有一阶梯状连接孔；

一顶杆，安装在外套筒连接孔小孔径一端，可在连接孔中移动并定位；

一内套筒，所述内套筒底端安装在外套筒连接孔大孔径一端，具有一安装孔，所述安装孔圆周边缘具有一组导向槽，所述导向槽底部与孔中心轴的夹角大于0°；

一组与导向槽数量相同的夹持瓦，所述夹持瓦具有安装部和夹紧部，所述安装部与所述导向槽相配合安装，所述安装部底边的斜度与导向槽底边斜度一致，所述夹紧部具有与试件相接触的弧形夹紧面。

在本发明的一种优选实施例中，所述导向槽底边呈圆弧状，所述圆弧与所述安装孔同圆心。

在本发明的一种优选实施例中，所述夹角范围为3°～8°。

在本发明的一种优选实施例中，所述顶杆顶端中心具有一盲孔，所述盲孔直径大于等于所述夹具所能夹持试件的最大直径。

在本发明的一种优选实施例中，所述一组夹持瓦为3个。

在本发明的一种优选实施例中，所述夹紧面表面呈锯齿状。

在本发明的一种优选实施例中，所述顶杆与外套筒连接孔的连接为螺纹连接。

在本发明的一种优选实施例中，所述内套筒安装孔呈阶梯状，所述内套筒底端孔的孔径大于等于顶杆的直径，所述内套筒顶端孔的孔径大于等于试件的直径。

在本发明的一种优选实施例中，所述夹具材质为高温合金，其中夹持瓦的膨胀系数最小。

在本发明的一种优选实施例中，所述外套筒、顶杆、内套筒为高温合金GH4169，夹持瓦为高温合金GH4049。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

（1）、夹持稳定：具有设计合理的导向槽，可固定夹持瓦的相对位置，限制夹持瓦移动轨迹，即夹持瓦只能沿轴向运动，不能在安装孔中沿圆周相对转动，则可避免因夹持瓦间的互相接触而导致的试件在夹具中滑移的现象；导向槽相对于孔中心轴为上小下大的锥形，沿着拉伸方向，夹紧力递增；夹持瓦的夹紧表面为锯齿状，可增加摩擦力；

（2）、夹持范围大：夹持瓦具有安装部和夹紧部，安装部为固定的结构，只需改变夹紧部的结构就可夹持不同尺寸范围的试件，即可通过安装不同规格的夹持瓦夹持不同直径范围的试件，以扩大同一套夹具的夹持范围。

综上，本发明不但能提供可靠的夹持状态，保证规定非比例延伸强度Rp0.2检测的质量，而且夹持范围覆盖面大，使用一套夹具就可满足高温拉伸试验标准直径范围内管材试件的使用。

附图说明

图1为本发明的一种实施例的装配示意图；

图2为内套筒一种实施例的结构示意图，其中图2a为内套筒的剖视图，图2b为内套筒的俯视图；

图3为夹持瓦的一种规格的结构示意图，其中图3a为夹持瓦的仰视图，图3b为夹持瓦的主视图，图3c为夹持瓦的左视图；

图4为夹持瓦的另一种规格的结构示意图，其中图4a为夹持瓦的仰视图，图4b为夹持瓦的主视图，图4c为夹持瓦的左视图。

图5为顶杆的结构示意图；

图6为内套筒的另一种实施例的结构示意图，其中图6a为内套筒的俯视图，图6b为内套筒的剖视图。

其中1为外套筒，11为连接孔；2为顶杆；3为内套筒，31为安装孔，32为导向槽，321为导向槽底边；4为夹持瓦，41为安装部，42为夹紧部，421为夹紧面；5为试件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1结合图2、图3及图5所示，本发明夹具包括顶杆2、外套筒1、内套筒3、夹持瓦4，所述外套筒1具有一阶梯状连接孔11，连接孔11两端具有螺纹结构；所述顶杆2具有与外套筒配合的螺纹结构22，安装在外套筒1连接孔小孔径一端；所述内套筒3底部外端面具有与外套筒相配合的螺纹结构，安装在外套筒1连接孔大孔径一端，所述内套筒3内部具有一安装孔31，所述安装孔31圆周边缘具有一组导向槽32，所述导向槽底边321与安装孔31中心轴的夹角θ大于0°，即导向槽具有一定的倾斜度；所述夹持瓦4安装在导向槽32中，一组夹持瓦4的数量与导向槽32的数量相同，所述夹持瓦4具有安装部41和夹紧部42，所述安装部41与所述导向槽32相配合安装，所述安装部41底边的斜度与导向槽32底边斜度一致，所述夹紧部42具有与试件相接触的弧形夹紧面421。

本发明中，考虑到导向槽32的加工，将原来的一个套筒必须分成两个部分，分别是内套筒3及外套筒1，在本实施例中内套筒3和外套筒1采用的为螺纹连接，也可采用其他方式的连接，比如用固定件如螺栓、螺钉连接。所述顶杆2与外套筒1连接为活动连接，顶杆2需在外套筒中移动并能定位，本实施例的螺纹连接为最佳连接方式，但也不排除其它连接方式，比如顶杆在外套筒中间隙安装，定位采用侧面安装螺栓夹紧定位。

如图5结合图1所示，为保证顶杆2与夹持瓦4在夹持工作中的直接接触，所述顶杆顶端中心具有一盲孔21，所述盲孔21直径大于等于所能夹持试件的最大直径，在夹持时，试件闷头可延伸至所述盲孔中。

如图2结合图1所示为内套筒3的结构示意图，如图2a所示所述内套筒3安装孔31呈阶梯状，所述内套筒底端孔311的孔径大于等于顶杆2的直径，以便于顶杆2可进入内套筒将夹持瓦顶出，其深度h决定了顶杆2可进入内套筒的最大距离；所述内套筒顶端孔312的孔径大小决定了该套夹具所能夹持试件的最大直径，因而所述内套筒顶端孔312的孔径需大于等于试件的直径。如图2b所示，本实施例中有三个导向槽32，导向槽32围绕安装孔31排布，导向槽底边321相对于安装孔31中心轴有一定的斜度，其夹角θ范围优选为3°～8°，进一步优选为5°。

夹角θ的大小直接影响夹持可靠性，同时也影响到夹具的夹持范围。在内套筒长度L一定的情况下，夹角θ越大，夹持范围也越大，这样可选用较少种类的夹具，使用成本也就下降了；同时，为保证夹紧可靠，可取夹角θ≤（φ1 -φ2），其中φ1为试件与夹持瓦间的当量摩擦角，φ2为夹持瓦与套筒间的当量摩擦角。取夹角θ=（φ1 -φ2）时，在可得到可靠的夹持状态的同时，又可以使夹具拥有最大的夹持范围。但从夹具的结构出发，当夹角θ越大时，夹具套筒的直径也越大，增加了夹具材料的用料量及夹具的自身重量。为了能减小夹具自重，又能使夹具拥有一定的夹持范围，夹角θ=5°最佳。

如图3所示为与图2所示内套筒相适配的一种规格的夹持瓦4，所述夹持瓦4包括与导向槽32相配合安装的安装部41，其形状及底边斜度都与导向槽的结构相一致，即夹角α等于夹角θ；还包括一凸出的夹紧部42，夹紧部42的顶端为圆弧夹紧面421，在夹紧状态下，主要靠该夹紧面421与试件接触，为增加夹紧的可靠性，所述夹紧面421为锯齿状，可增加与试件的摩擦力。

如图4所示为与图2所示内套筒相适配的另一种规格的夹持瓦4'，其夹紧部与安装部41'成为一体，即夹紧面421'位于安装部41'的顶边。图4所示的夹持瓦与图3所示的夹持瓦相比，其所能夹持的试件的直径更大。夹持瓦只需改变夹紧面与安装部顶端的距离就可改变夹具夹持试件直径的范围，一套夹具可配套多组不同规格的夹持瓦。

如图6所示为内套筒的优选实施例结构示意图，所述内套筒底边321'呈圆弧状，所述圆弧与安装孔同心，同样的与之相适配的夹持瓦的底边也为与内套筒底边321'相同的圆弧状，圆弧状的底边可保证试件受力均匀。

本发明的安装夹紧过程：安装试件前，现将内套筒3旋入外套筒1中，顶杆2旋入外套筒1中，再根据试件直径选择一种合适规格的三片夹持瓦4分别插入内套筒3的导向槽32中，一端与顶杆2顶端接触；安装试件时，将试件插入三片夹持瓦4所包围的安装孔中，直至与顶杆2相接触；将顶杆2进一步旋进套筒中，顶住夹持瓦4向套筒外运动同时在套筒锥体形内部结构的作用下，三片夹持瓦逐渐夹紧试件，直至无法旋动为止，夹持瓦4在顶杆1、套筒、试件5的作用下产生机械自锁现象，实现对试件5的预夹紧。

试件在预夹紧的前提下．保证了试件与夹持瓦间的接触．静摩擦轴向力大于套筒对夹持瓦的轴向作用力和夹持瓦与套筒的摩擦阻力之和。从而使试件在拉伸过程中随着负荷的增加，夹持瓦在力作用下作轴向移动和径向移动．夹持瓦对试件的正应力也相应增加，实现夹具对试件的可靠夹持。

夹具选材的原则是保证材料在高温环境下的力学性能，在试验过程中不发生变形。在反复多次试验后，不发生明显的腐蚀,保证夹具的使用寿命。因此夹具体（内外套筒、顶杆）选用高温合金GH4169最为合适，因考虑到在高温环境下夹持瓦套筒导槽内胀死的情况出现致使试件无法从夹具中取出，夹持瓦应选用膨胀系数比GH4169小的GH4049。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高温拉伸夹具，用于夹持作高温拉伸性能的管材试件（5），其特征在于，包括：

一外套筒（1），所述外套筒具有一阶梯状连接孔（11）；

一顶杆（2），安装在外套筒连接孔（11）小孔径一端，可在连接孔（11）中移动并定位；

一内套筒（3），所述内套筒底端安装在外套筒连接孔大孔径一端，具有一安装孔（31），所述安装孔（31）圆周边缘具有一组导向槽（32），导向槽（32）围绕安装孔（31）排布，所述导向槽的横截面呈底边宽开口窄的梯形，所述导向槽底边（321）与孔中心轴的夹角（θ）大于0°，即导向槽具有一定的斜度；

一组与导向槽数量相同的夹持瓦（4），所述夹持瓦（4）具有安装部（41）和夹紧部（42），所述安装部（41）与所述导向槽（32）相配合安装，安装部（41）的形状与导向槽的结构相一致，所述安装部（41）底边的斜度与导向槽（32）底边斜度一致，所述夹紧部（42）位于所述安装部（41）的顶边，所述夹紧部（42）具有与试件相接触的弧形夹紧面（421）；

所述导向槽（32）固定夹持瓦（4）的相对位置，限制夹持瓦（4）的移动轨迹，使夹持瓦（4）只能沿轴向运动，不能在安装孔（31）中沿圆周相对转动；

一套夹具配套多组不同规格的夹持瓦（4），夹持瓦（4）只需改变夹紧面（421）与安装部（41）底边的距离就可改变夹具夹持试件直径的范围。

2.根据权利要求1所述的一种高温拉伸夹具，其特征在于，所述导向槽底边（321）呈圆弧状，所述圆弧与所述安装孔（31）同圆心。

3.根据权利要求2所述的一种高温拉伸夹具，其特征在于，所述夹角（θ）范围为3°～8°。

4.根据权利要求3所述的一种高温拉伸夹具，其特征在于，所述顶杆（2）顶端中心具有一盲孔（21），所述盲孔（21）直径大于等于所述夹具所能夹持试件的最大直径。

5.根据权利要求4所述的一种高温拉伸夹具，其特征在于，所述一组夹持瓦（4）为3个。

6.根据权利要求1所述的一种高温拉伸夹具，其特征在于，所述夹紧面（421）表面呈锯齿状。

7.根据权利要求1所述的一种高温拉伸夹具，其特征在于，所述顶杆（2）与外套筒（1）连接孔（11）的连接为螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的一种高温拉伸夹具，其特征在于，所述内套筒（3）安装孔（31）呈阶梯状，所述内套筒底端孔（311）的孔径大于等于顶杆（2）的直径，所述内套筒顶端孔（312）的孔径大于等于试件（5）的直径。

9.根据权利要求1～8之一所述的一种高温拉伸夹具，其特征在于，所述夹具材质为高温合金，其中夹持瓦（4）的膨胀系数最小。

10.根据权利要求9所述的一种高温拉伸夹具，其特征在于，所述外套筒（1）、顶杆（2）、内套筒（3）为高温合金GH4169，夹持瓦（4）为高温合金GH4049。

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