CN102445384B

CN102445384B - 一种管材环向拉伸性能试验夹具

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Publication number: CN102445384B
Application number: CN 201110284775
Authority: CN
Inventors: 杨合; 刘静; 詹梅
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: CN102445384A

Abstract

一种管材环向拉伸性能试验夹具。内衬环、中间层衬环和外衬环分别由2个同径的半圆环对合而成。内衬环、中间层衬环和外衬环依次嵌套组成衬环体。第一内镶块和第二内镶块为同径的半圆形，并由第一内镶块和第二内镶块对合形成一个圆形块。衬环体套装在第一内镶块和第二内镶块上，管材试样套装在衬环体的外表面，并将套装有管材试样的衬环体嵌装入第一夹块和第二夹块内。本发明结构紧凑，各部件连接紧密，更换方便，在普通材料试验机上即可实现多种规格管材环向拉伸性能的测量。只需改变内镶块和衬环的组合方式，即能够满足内径为60～150mm管材的环向拉伸性能测试，具有较好的通用性，并降低试验成本，实现管材环向拉伸性能的精确测量。

Description

一种管材环向拉伸性能试验夹具

技术领域

本发明涉及一种材料力学性能试验夹具，具体是一种管材环向拉伸性能试验夹具。

技术背景

目前管材及其二次加工件在工业中得到了广泛应用，对管材进行二次加工时(如弯曲和胀形)，要求管材具有一定的塑性变形能力。管材力学性能测试是评价管材塑性变形能力的一种重要方法。由于受到材料结构和生产工艺的影响，管材在轴向和环向的性能存在很大的差异。管材轴向的力学性能一般采用单向拉伸试验标准(GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法)来获得，管材环向的力学性能测试方法受管材直径的限制。

对于大口径管材(直径＞203.2mm)(ASTM A370)，管材的环向拉伸性能通常是将管材沿环向加工的“狗骨型”试样压平后进行单向拉伸试验测得(ASTM A370，StandardTest Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products)。然而用于胀形及弯曲成形的管材一般直径为60～152.5mm(H.Wang，R.Bouchard，R.Eagleson，P.Martin，and W.R.Tyson.Ring Hoop Tension Test(RHTT)：A Testfor Transverse Tensile Properties of Tubular Materials.Journal of Testing andEvaluation，2002，30：382-391)，对于此类管材，在压平过程中管材将发生严重的加工硬化而使得测量结果不可靠，不能准确反映环向整体的力学性能。哈尔滨工业大学提出了一种测试管材环向拉伸性能的方法及夹具(管材环向拉伸性能测试方法，授权公告号：CN 100487416C)。该装置实质是将一对对称布置半圆形支撑块套入圆环状试样中，采用拉伸试验机对两个支撑块施加反向拉力，使试样在环向伸长，从而获得管材环向的拉伸性能试验数据。然而该装置在测试管材时，需根据被测管材的内径制作专用镶块，增加了测试成本，并且测得的管材沿环向的变形包含了拉伸试验机的弹性变形部分，使管材环向拉伸性能测量的精确度不高。Wang等在测试管材的环向拉伸性能时，使用了一种带孔的支撑块，其作用是可将引伸计固定在试样上，这样就可以直接获得拉伸过程中试样的伸长量，消除了拉伸试验机的弹性变形的影响(H.Wang，R.Bouchard，R.Eagleson，P.Martin，and W.R.Tyson.Ring Hoop Tension Test(RHTT)：A Test for Transverse Tensile Properties of Tubular Materials.Journal ofTesting and Evaluation，2002，30：382-391)。但该装置同样仅能测一种规格的管材，对于不同尺寸的管材需要更换试样内部整套的支撑块，试验夹具的通用性不强、试验成本较高。

发明内容

为克服现有技术中存在的测试成本高、管材环向拉伸性能测量的精确度低的不足，本发明提出了一种管材环向拉伸性能试验夹具。

本发明包括第一内镶块、第二内镶块、第一夹块、第二夹块和衬环体。衬环体包括内衬环、中间层衬环和外衬环，并且所述的内衬环、中间层衬环和外衬环分别由2个同径的半圆环对合而成。内衬环、中间层衬环和外衬环依次嵌套组成衬环体。衬环体的厚度与第一内镶块的半径之和＝管材试样的内半径。由2个内衬环、2个中间层衬环和2个外衬环组成的衬环体的轴向的高度分别与第一内镶块和第二内镶块的轴向高度相同。内衬环的壁厚度与中间层衬环的壁厚度相同。外衬环的壁厚度＝管材试样的内半径-(内衬环的壁厚度+中间层衬环的壁厚度+第一内镶块半径)。

第一内镶块和第二内镶块为同径的半圆形，并由第一内镶块和第二内镶块对合形成一个圆形块。第一内镶块和第二内镶块的半圆圆周表面到半圆平面的最大垂直距离为所述第一内镶块和第二内镶块的径向高度。第一内镶块和第二内镶块的直径比所测试的内径为60～150mm的管材试样中的最小内径小10mm，第一内镶块和第二内镶块的轴向高度比管材试样的轴向高度大8mm。衬环体套装在所述的圆形块上。管材试样套装在衬环体的外表面，并将套装有管材试样的衬环体嵌装入第一夹块和第二夹块内。

所述内衬环的内径与第一内镶块和第二内镶块的直径相同，内衬环的外径与中间层衬环的内径相同，中间层衬环的外径与外衬环的内径相同。外衬环的外径与管材试样的内径相同。所述2个外衬环的外径分别与管材试样的内径相同。

所述的第一夹块和第二夹块的结构和外形均相同。第一夹块和第二夹块一端为与拉伸试验机夹头连接的连接杆。另一端有管材试样和衬环体的安装槽。

所述的管材试样和衬环体的安装槽的槽口的宽度比第一内镶块和第二内镶块的轴向高度大1mm。

装配时：

1)第一内镶块和第二内镶块对合形成一个圆形。在第一内镶块和第二内镶块的半圆圆周上，分别依次套装有若干个衬环，并且使第一内镶块和第二内镶块上套装的衬环分别对合形成若干层圆形衬环，形成了衬环体。并通过螺钉将第一内镶块和第二内镶块与衬环体相固定。管材试样套装在最外侧衬环的外圆周表面。第一夹块和第二夹块的安装槽分别夹在固定好的第一内镶块和第二内镶块与衬环体上，并通过销钉固定。外衬环与管材试样之间采用二硫化钼进行润滑。

2)将第一夹块端部连接杆与拉伸试验机上夹头钳口相连，移动试验机横梁至适当位置，试验机下夹头钳口夹住第二夹块端部连接杆，使整个装置与试验机工作台面保持垂直。

3)将引伸计通过第一内镶块和第二内镶块上的扇形通孔固定在管材试样上。

拆卸时，按照上述步骤逆序操作。

使用时，开动试验机，对管材试样进行拉伸试验，记录拉伸力及引伸计变形量。即可计算获得管材环向的力学性能。

本发明采用第一内镶块和第二内镶块保证管材试样在拉伸过程中形状基本不变，基本消除管材试样扁化造成的加工硬化；利用第一内镶块和第二内镶块上的扇形通孔，可将引伸计固定在管材试样上，直接测量管材试样的变形，消除拉伸试验机弹性变形的影响；第一夹块和第二夹块一端通过销钉与第一内镶块和第二内镶块相连，另一端与试验机夹头相连接。将管材按内径划分区间，制作内镶块及衬环，使用时，只需根据管材内径选择内镶块及衬环组合，同一管材内径区间内镶块和部分衬环可以通用，避免了设计浪费。

本发明结构紧凑，各部件连接紧密，更换方便，在普通材料试验机上即可实现多种规格管材环向拉伸性能的测量。并且只需改变内镶块和衬环的组合方式，即能够满足内径为60～150mm管材的环向拉伸性能测试，具有较好的通用性，并降低试验成本，实现管材环向拉伸性能的精确测量。

附图说明

图1是管材环向拉伸性能试验夹具的结构示意图，

图2是内镶块和衬环体的结构示意图，

图3是内镶块和衬环体的装配示意图，

图4是夹块的结构示意图，

图5是管材环向拉伸性能试验夹具的装配示意图。

1.第一内镶块 2.内衬环 3.外衬环 4.螺钉 5.第一夹块 6.销钉7.管材试样 8.第二夹块 9.中间层衬环 10.第二内镶块

具体实施方式

本实施例是一种管材环向拉伸性能试验夹具，适用于内径为60～100mm和内径为100～150mm的管材环向拉伸性能测试。本实施例以适用于内径为60～100mm的管材环向拉伸性能测试为例，对所述的夹具加以描述。

本实施例所测试的管材为φ88×3.2mm(外径×壁厚)的QSTE340高强钢管材，管材试样的轴向高度为12mm。

本实施例为对称结构，包括第一内镶块1、第二内镶块10、2个内衬环2、2个外衬环3、第一夹块5、第二夹块8、2个中间层衬环9和管材试样7。所述的第一内镶块1和第二内镶块10的结构相同，第一夹块5和第二夹块8的结构相同。其中，第一内镶块1和第二内镶块10为同径的半圆形；内衬环2、中间层衬环9和外衬环3均为半圆形环，并且内衬环2的内径与第一内镶块1的直径相同，内衬环2的外径与中间层衬环9的内径相同，中间层衬环9的外径与外衬环3的内径相同；外衬环3的外径与管材试样7的内径相同；第一夹块5和第二夹块8的一端为安装槽。

第一内镶块1和第二内镶块10对合形成一个圆形。在第一内镶块1和第二内镶块10的半圆圆周上，分别依次套装有内衬环2、中间层衬环9和外衬环3，并且使第一内镶块1和第二内镶块10上套装的2个内衬环2、2个中间层衬环9和2个外衬环3分别对合形成三层圆形衬环，形成了衬环体；在该衬环体上对称分布有螺钉通孔。管材试样7套装在外衬环3的外圆周表面。第一夹块5和第二夹块8的安装槽分别夹在固定好的第一内镶块1和第二内镶块10与衬环体上，并通过销钉6固定。

第一内镶块1和第二内镶块10为结构和外形均对称的半圆形圆柱体；第一内镶块1和第二内镶块10的半圆圆周表面到半圆平面的最大垂直距离为所述第一内镶块1和第二内镶块10的径向高度。第一内镶块1和第二内镶块10的直径比所测试的管材试样中的最小内径小10mm，第一内镶块1和第二内镶块10的轴向高度比管材试样7的轴向高度大8mm。本实施例中，所适用管材的最小内径为60mm，管材试样7的轴向高度为12mm，故第一内镶块1和第二内镶块10的直径为50mm，沿轴向的高度为20mm。在第一内镶块1和第二内镶块10的端面上均有贯通的销钉孔，并且所述销钉孔的中心线垂直于内镶块的端面。在所述销钉孔的两侧均有一个扇形通孔，用于试验时固定引伸计；扇形通孔的中心角为10°。

在第一内镶块1和第二内镶块10的半圆圆周表面分别对称的分布有2个螺钉盲孔；所述的螺钉盲孔的中心线均垂直于第一内镶块1和第二内镶块10的外圆表面，并与衬环体上的螺钉通孔位置对应；通过螺钉4将第一内镶块1和第二内镶块10与由内衬环2、中间层衬环9和外衬环3组成的衬环体相固定。

内衬环2、外衬环3和中间层衬环9的结构和外形均相同，均为半圆形，并且数量均为2个。

2个内衬环2的内径分别与第一内镶块1和第二内镶块10的直径相同；2个中间层衬环9的内径分别与2个内衬环2的外径相同；2个外衬环3的内径分别与中间层衬环9的外径相同；2个外衬环3的外径分别与管材试样7的内径相同。2个中间层衬环9分别套在2个内衬环2的外圆表面，2个外衬环3分别套在2个中间层衬环9的外圆表面，分别对合形成三层圆形衬环，形成了本实施例的衬环体，衬环体的厚度与第一内镶块1的半径之和＝管材试样7的内半径。由2个内衬环2、2个中间层衬环9和2个外衬环3组成的衬环体的轴向的高度分别与第一内镶块1和第二内镶块10的轴向高度相同。

内衬环2的壁厚度与中间层衬环9的壁厚度相同；外衬环3的壁厚度＝管材试样7的内半径-(内衬环2的壁厚度+中间层衬环9的壁厚度+第一内镶块1半径)。本实施例中，内衬环2和中间层衬环9环壁的厚度均为5mm，管材内半径为40.8mm，内衬环2和中间层衬环9环壁的厚度加上第一内镶块1的半径之和为35mm，外衬环3的厚度为5.8mm。

2个内衬环2的内径与第一内镶块1和第二内镶块10的直径相同，均为50mm。2个中间层衬环9的内径分别与内衬环2的外径相同，均为60mm；2个外衬环3的内径分别与中间层衬环9的外径相同，为70mm；2个外衬环3的外径分别与管材试样7的内径相同，均为81.6mm。

第一夹块5和第二夹块8的结构和外形均相同，一端是与拉伸试验机夹头连接的连接杆，尺寸根据试验机夹头钳口尺寸确定。另一端为开有安装槽的圆柱体，用于和第一内镶块1和第二内镶块10配合，圆柱体的直径为第一内镶块1和第二内镶块10轴向高度的1.5倍，连接杆中心线、安装槽中心线均与圆柱体中心线重合。槽口的宽度比第一内镶块1和第二内镶块10的轴向高度大1mm，槽口的深度为100mm。本实施例中，第一夹块5和第二夹块8上圆柱体的直径为30mm，安装槽宽度为21mm。第一夹块5和第二夹块8上安装槽两侧壁上均有贯通的销钉孔，并且所述销钉孔的中心线垂直于安装槽侧壁端面，所述销钉孔的直径与第一内镶块1和第二内镶块10上的销钉孔相同，安装时与第一内镶块1和第二内镶块10上的销钉孔同轴。

在装配上述实施例时：

1)第一内镶块1和第二内镶块10对合形成一个圆形。在第一内镶块1和第二内镶块10的半圆圆周上，分别依次套装有内衬环2、中间层衬环9和外衬环3，并且使第一内镶块1和第二内镶块10上套装的2个内衬环2、2个中间层衬环9和2个外衬环3分别对合形成三层圆形衬环，形成了衬环体。并通过螺钉4将第一内镶块1和第二内镶块10与由内衬环2、中间层衬环9和外衬环3组成的衬环体相固定。管材试样7套装在外衬环3的外圆周表面。第一夹块5和第二夹块8的安装槽分别夹在固定好的第一内镶块1和第二内镶块10与衬环体上，并通过销钉6固定。外衬环3与管材试样7之间采用二硫化钼进行润滑。

2)将第一夹块5端部连接杆与拉伸试验机上夹头钳口相连，移动试验机横梁至适当位置，试验机下夹头钳口夹住第二夹块8端部连接杆，使整个装置与试验机工作台面保持垂直。

3)将引伸计通过第一内镶块1和第二内镶块10上的扇形通孔固定在管材试样7上。

拆卸时，按照上述步骤逆序操作。

Claims

1.一种管材环向拉伸性能试验夹具，其特征在于，

a.包括第一内镶块、第二内镶块、第一夹块、第二夹块和衬环体；衬环体包括内衬环、中间层衬环和外衬环，并且所述的内衬环、中间层衬环和外衬环分别由2个同径的半圆环对合而成；内衬环、中间层衬环和外衬环依次嵌套组成衬环体；衬环体的厚度与第一内镶块的半径之和＝管材试样的内半径；由2个内衬环、2个中间层衬环和2个外衬环组成的衬环体的轴向的高度分别与第一内镶块和第二内镶块的轴向高度相同；内衬环的壁厚度与中间层衬环的壁厚度相同；外衬环的壁厚度＝管材试样的内半径-(内衬环的壁厚度+中间层衬环的壁厚度+第一内镶块的半径)；所述内衬环的内径与第一内镶块和第二内镶块的直径相同，内衬环的外径与中间层衬环的内径相同，中间层衬环的外径与外衬环的内径相同；2个外衬环的外径均与管材试样的内径相同；

b.第一内镶块和第二内镶块为同径的半圆形，并由第一内镶块和第二内镶块对合形成一个圆形块；第一内镶块和第二内镶块的半圆圆周表面到半圆平面的最大垂直距离为所述第一内镶块和第二内镶块的径向高度；第一内镶块和第二内镶块的直径比所测试的管材试样中的最小内径小10mm，第一内镶块和第二内镶块的轴向高度比管材试样的轴向高度大8mm；衬环体套装在所述的圆形块上；管材试样套装在衬环体的外表面，并将套装有管材试样的衬环体嵌装入第一夹块和第二夹块内。

2.如权利要求1所述一种管材环向拉伸性能试验夹具，其特征在于，第一夹块和第二夹块的结构和外形均相同；第一夹块和第二夹块一端为与拉伸试验机夹头连接的连接杆；另一端有管材试样和衬环体的安装槽。

3.如权利要求1所述一种管材环向拉伸性能试验夹具，其特征在于，所述的管材试样和衬环体的安装槽的槽口的宽度比第一内镶块和第二内镶块的轴向高度大1mm。