CN102654440B - 一种双金属复合板抗剪强度测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双金属复合板抗剪强度测试装置，该装置包括：压盖、冲头、冲模紧固螺栓、模座紧固螺栓、上模、下模、底座、冲模定位销、模座定位销。冲头为长方体形，冲头端部边缘为刃口，冲头置于压盖的上方；压盖为长方体形，带有螺栓孔和定位销孔；冲头与压盖之间通过冲模定位销对齐，组合成冲模。上模与下模均呈圆柱形，上模位于下模顶部，上模与下模之间采用定位销对齐，上模与下模之间使用紧固螺栓锁紧，组合成模座。冲模插入模座的中心孔内，放置在底座上。本发明与已有的金属复合板抗剪强度测试装置相比，可以准确测试出任意覆层厚度的金属复合板的抗剪强度，装置所需试样样品形状简单、易于加工，测试精度高。

Description

一种双金属复合板抗剪强度测试装置

技术领域

本发明涉及金属复合材料力学性能测试装置，特别是一种双金属复合板抗剪强度测试装置。

背景技术

双金属复合板是将两种金属材料利用其各自的性能优势进行分层组合而形成的一类金属材料。双金属复合板可以克服两种金属各自的缺点，发挥两种金属的优点，使部件具有特殊的性能以适应各种恶劣工况，达到延长部件使用寿命，创造良好综合经济效益的目的。

衡量双金属复合板复合质量好坏的指标很多，常见的指标有抗剪强度、粘结强度、结合度、剥离强度等，这些指标都能有效地反映双金属复合板的界面结合质量。其中，抗剪强度指标由于最能说明金属复合板的界面结合强度高低，同时也便于测量，因此，使用频次最高。GB/T6396-2008《复合钢板力学及工艺性能试验方法》中规定了复合钢板抗剪强度的测试方法和测试装置，对复合钢板厚度大于10mm时可以采用压剪的方式进行测试，对复合钢板厚度小于10mm时可以采用拉剪的方式进行测试。同样，ASTM264《Standard Specification for Stainless Chromium-Nickel Steel-Clad Plate》以及YS/T485-2005《烧结双金属材料剪切强度的测试方法》中规定的抗剪强度测试方法和测试装置，与GB/T6396-2008的测试方法和测试装置相同。然而，这两种抗剪强度测试方法和测试装置都存在一定的局限性，压剪的测试方式一般只适合基材相对比较厚（标准中规定大于10mm）的情况，如果基材比较薄时，在压力作用下，基材就会发生弯曲变形，影响测试精度，甚至完全不能测出抗剪强度值，因此，当复合板厚度比较薄（标准中规定小于10mm）时需采用拉剪的方式进行测试，但拉剪的测试方式也只适合覆层相对比较厚的情况，当覆层厚度较薄时，很容易在覆层最薄弱的位置发生弯曲和断裂，影响测试精度，甚至使测试失败。因此，对覆层厚度较薄的双金属复合板有必要研制出一种能够准确测试其抗剪强度的装置，以准确评价这种复合板的复合质量。

发明内容

本发明提供了一种双金属复合板抗剪强度测试装置，采用该装置，不但能够准确测试出厚度大于10mm的复合板的抗剪强度值，而且也能够准确测试出厚度小于10mm的复合板的抗剪强度值，特别是能够准确测试出覆层厚度相对较薄的双金属复合板的抗剪强度值。

本发明提供的双金属复合板抗剪强度测试装置，其特征在于该装置包括：压盖、冲头、冲模紧固螺栓、模座紧固螺栓、上模、下模、底座、冲模定位销、模座定位销。冲头为长方体形，冲头端部边缘为刃口，冲头置于压盖的上方，冲头上带有螺栓孔和定位销；压盖为长方体形，厚度比冲头小0.1～0.5mm，带有螺栓孔和定位销孔；冲头与压盖之间通过冲模定位销对齐，冲头与压盖之间使用冲模紧固螺栓锁紧，组合成冲模；上模与下模均呈圆柱形，上面加工出2～4个螺栓孔，心部加工出一个矩形的中心孔，矩形的中心孔的尺寸比冲头大0.04～0.5mm，冲头在矩形的中心孔中能自由滑动，下模上面带有2个定位销，上模上面相应位置加工出2个定位销孔，上模位于下模顶部，上模与下模之间采用定位销对齐，上模与下模之间使用模座紧固螺栓锁紧，组合成模座；冲模插入模座的矩形的中心孔内，放置在底座上。

所述的压盖使用Cr12、W18Cr4V模具钢制造，热处理后硬度不低于40HRC，压盖宽度20～60mm、厚度10～40mm、高度5～10mm，压盖中心开φ6～φ10mm的螺栓孔，此螺栓孔应保证与冲头中心的螺栓孔相同且同轴，螺栓孔的两旁开φ4～φ8mm的销钉孔，此销钉孔与冲头上的定位销外径相同且同轴，压盖的侧面与上表面之间的垂直度公差为90°±0.1°，压盖的侧表面粗糙度不大于0.4μm。

所述的冲头使用Cr12、W18Cr4V等模具钢制造，热处理后硬度不低于60HRC，冲头宽度20～60mm、厚度10～40mm、高度30～80mm，冲头中心开φ6～φ10mm的螺栓孔，螺栓孔的两旁插有φ4～φ8mm的定位销，螺栓孔用于和压盖紧密连接，将金属复合板试样压住，定位销用于和压盖之间准确定位，冲头下部5～10mm处厚度小于上部厚度，二者之间厚度差在0.2～1.5mm之间，是冲头与下模内壁之间的间隙，冲头的侧面与上下面之间的垂直度公差为90°±0.1°，冲头的侧面与下表面之间的圆角小于0.1mm，冲头的侧表面粗糙度不大于0.4μm。

所述的上模使用Cr12、W18Cr4V等模具钢制造，热处理后硬度不低于40HRC，上模呈圆形，外径φ50～φ100mm，厚度5～10mm，上模中心开矩形孔口，矩形孔口的长度和宽度与冲头的宽度和厚度匹配，分别为20～60mm和10～40mm，冲头能够在矩形的中心孔口内自由活动，矩形孔口内壁应相互垂直，垂直度公差不大于90°±0.1°，矩形孔口内表面与上模的上下表面相互垂直，垂直度公差为90°±0.1°，矩形孔口内表面粗糙度不大于0.4μm，此外，上模上还开有2个φ4～φ8mm的定位销孔和2～4个φ6～φ10mm的螺栓孔，定位销孔用于和下模准确定位，螺栓孔用于和下模紧密连接，将待测金属复合板试样压住。

所述的下模使用Cr12、W18Cr4V等模具钢制造，热处理后硬度不低于60HRC，下模也呈圆形，外径与上模匹配，为φ50～φ100mm，厚度5～10mm，下模中心开矩形孔口，孔口的长度和宽度与冲头的宽度和厚度分别为20～60mm和10～40mm，按0～0.04mm的正公差加工，以便冲头能够在矩形的中心孔口内自由活动，孔口内壁应相互垂直，垂直度公差为90°±0.1°，孔口内表面应与下模的上下表面相互垂直，垂直度公差为90°±0.1°，孔口的内表面与下表面之间的圆角小于0.1mm，矩形的中心孔口内表面粗糙度不大于0.4μm，此外，下模上插有2个φ4～φ8mm的定位销，并开有2～4个φ6～φ10mm的螺栓孔，此定位销与上模上的定位销孔紧密配合且同轴，螺栓孔与上模上的螺栓孔相同且同轴。

所述的底座呈圆形，厚度为10～40mm，开矩形的中心孔，矩形的中心孔的尺寸大于上下模矩形中心孔的尺寸，底座上对应于上下模螺栓孔位置设有φ12～φ16mm的光孔，底座采用普通钢制作。

本发明突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

1.与已有的金属复合板抗剪强度测试装置相比，本装置可以准确测试出任意覆层厚度的金属复合板的抗剪强度，特别是能够准确测试出GB/T6396-2008《复合钢板力学及工艺性能试验方法》中利用压剪和拉剪方式不能测试的复合板总厚度小于4～5mm的双金属复合板的抗剪强度值。

2.与已有的金属复合板抗剪强度测试装置相比，本方法和装置所需试样样品形状简单、易于加工、测试精度高。

附图说明

图1是双金属复合板抗剪强度测试装置主视图。

图2是双金属复合板抗剪强度测试装置俯视图。

图3是双金属复合板抗剪强度测试用试样。

具体实施方式

下面结合附图用实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3所示，双金属复合板抗剪强度测试装置包括：压盖1、冲头2、冲模紧固螺栓3、模座紧固螺栓4、上模5、下模6、底座7、冲模定位销8、模座定位销9。

压盖1上带有螺栓孔和定位销孔，压盖1置于冲头2的下方，冲头2上加工出螺栓孔，并装有冲模定位销8，压盖1与冲头2之间通过冲模定位销8对齐，压盖1与冲头2之间夹放待测金属复合板试样10的覆层侧11，压盖1与冲头2之间使用冲模紧固螺栓3锁紧，组合成冲模；将冲模插入下模6的矩形孔口中，从冲头2上部套入上模5，利用下模6上的定位销9使上模5与下模6对齐，上模5和下模6重叠后夹住压盖1与冲头2夹持的待测金属复合板试样的基体侧12，然后使用模座紧固螺栓4锁紧上模5和下模6，组合成模座；将冲模、模座放置在底座7上。

本发明提供的双金属复合板抗剪强度测试装置的部件尺寸及测试方法如下：

a.首先准备待测试样，利用线切割机从总厚度为4.8mm、覆层厚度为0.8mm、基层厚度为4.0mm的304/Q235不锈钢复合板上沿端面切取厚度为1.0mm、长度为240mm、宽度为4.8mm的待测试样，将试样粘贴在平板上，利用水砂纸将试样表面的切割痕迹磨平，每面磨去0.2mm，表面光洁度Ra<3.2时，试样剩余厚度为0.6mm、长度和宽度不变，使用4%的硝酸酒精溶液浸蚀试样表面，露出复合界线；

b.夹持试样，取二块厚度相同的试样，对称地将试样夹放在压盖1与冲头2之间，压盖1加工成36×16×10mm的长方体形，冲头2加工成36×16×25mm的长方体形，压盖1与冲头2中心位置加工出φ8mm的螺栓孔，压盖1上螺栓孔的两侧加工出φ6mm定位销孔，冲头2上螺栓孔的两侧安装有φ6mm定位销，压盖1与冲头2均采用Cr12钢加工，压盖1与冲头2淬火硬度在60HRC以上，冲头2下部5～10mm处厚度小于上部厚度0.5mm，夹持试样时需夹持待测金属复合板试样10的304覆层侧11，使复合界线与冲头2的侧表面处于同一平面内，压盖1与冲头2之间通过冲模定位销8对齐，使用冲模紧固螺栓3锁紧，组合成冲模；

c.组模，将冲模插入下模6的孔口中，从冲头2上部套入上模5，利用下模6上的定位销9使上模5与下模6对齐，上模5和下模6重叠后夹住待测金属复合板试样10的Q235基体侧12，然后使用模座紧固螺栓4锁紧上模5和下模6，组合成模座，其中，上模5和下模6均使用Cr12模具钢制造，热处理后硬度在60HRC以上，呈圆形，外径φ60mm，厚度10mm，在同一位置加工出4个φ8mm的锁紧螺栓孔，在中心开36.05mm×16.05mm矩形孔口，孔口内壁垂直度公差为90°±0.1°，矩形孔口内表面应与模的上下表面垂直度公差为90°±0.1°，孔口内表面粗糙度小于0.4μm，另外，上模上面还开有2个φ6mm的定位销孔，下模上面相应位置插有2个φ6mm的定位销9。

d.剪切测试，将冲模、模座放置在底座7上，底座7采用普通钢制作，呈圆形，外径为φ70mm，厚度为20mm，中心开40mm×18mm矩形孔，底座上对应于上下模螺栓孔位置加工出4个φ16mm的光孔，冲模、模座及底座7组合后一起放置在万能试验机压头之间，在冲头2上方施加压力，使冲模以5mm/min的速度向下移动，试样10在冲头2与下模6之间遭受剪切力的作用，直至被剪断为止；

e.数据计算，读取剪切过程中产生的最大值作为剪切力，除以试样遭受剪切的面积，所得数据即为304/Q235不锈钢复合板的抗剪强度值。

Claims (2)

1.一种双金属复合板抗剪强度测试装置，其特征在于该装置包括：压盖、冲头、冲模紧固螺栓、模座紧固螺栓、上模、下模、底座、冲模定位销、模座定位销，冲头为长方体形，冲头端部边缘为刃口，冲头置于压盖的上方，冲头上带有螺栓孔和定位销；压盖为长方体形，厚度比冲头小0.1～0.5mm，压盖带有螺栓孔和定位销孔；冲头与压盖之间通过冲模定位销对齐，冲头与压盖之间使用冲模紧固螺栓锁紧，组合成冲模；上模与下模均呈圆柱形，上面加工出2～4个螺栓孔，心部加工出一个矩形的中心孔，矩形的中心孔的尺寸比冲头大0.04～0.5mm，冲头在矩形的中心孔中能自由滑动，下模上面带有2个定位销，上模上面相应位置加工出2个定位销孔，上模位于下模顶部，上模与下模之间采用定位销对齐，上模与下模之间使用模座紧固螺栓锁紧，组合成模座；冲模插入模座的矩形的中心孔内，放置在底座上；压盖使用Cr12、W18Cr4V模具钢制造。

2.根据权利要求1所述的双金属复合板抗剪强度测试装置，其特征在于：

所说的压盖宽度20～60mm、厚度10～40mm、高度5～10mm，压盖中心开φ6～φ10mm的螺栓孔，此螺栓孔与冲头中心的螺栓孔相同且同轴，螺栓孔的两旁开φ4～φ8mm的销钉孔，此销钉孔分别与冲头上的定位销外径相同且同轴，压盖的侧面与上表面之间的垂直度公差为90°±0.1°，压盖的侧表面粗糙度不大于0.4μm；

所说的冲头宽度20～60mm、厚度10～40mm、高度30～80mm，冲头中心开φ6～φ10mm的螺栓孔，螺栓孔的两旁插有φ4～φ8mm的定位销，冲头下部5～10mm处厚度小于上部厚度，二者之间厚度差在0.2～1.5mm之间，冲头的侧面与上下面之间的垂直度公差为90°±0.1°，冲头的侧面与下表面之间的圆角小于0.1mm，冲头的侧表面粗糙度不大于0.4μm；

所说的上模外径φ50～φ100mm，厚度5～10mm，上模中心开矩形孔口，孔口的长度和宽度与冲头的宽度和厚度分别为20～60mm和10～40mm，孔口内壁应相互垂直，垂直度公差为90°±0.1°，孔口内表面与上模的上下表面相互垂直，垂直度公差为90°±0.1°，孔口内表面粗糙度不大于0.4μm，此外，上模上还开有2个φ4～φ8mm的定位销孔和2～4个φ6～φ10mm的螺栓孔；

所说的下模中心开矩形孔口，孔口的长度和宽度与冲头的宽度和厚度分别为20～60mm和10～40mm，孔口内壁应相互垂直，垂直度公差为90°±0.1°，孔口内表面应与下模的上下表面相互垂直，垂直度公差为90°±0.1°，孔口的内表面与下表面之间的圆角小于0.1mm，孔口内表面粗糙度不大于0.4μm，此外，下模上插有2个φ4～φ8mm的定位销，并开有2～4个φ6～φ10mm的螺栓孔，此定位销与上模上的定位销孔紧密配合且同轴，螺栓孔与上模上的螺栓孔相同且同轴；

所说的底座呈圆形，厚度为10～40mm，中心开矩形孔，孔的尺寸大于上下模矩形的中心孔的尺寸，底座上对应于上下模螺栓孔位置设有φ12～φ16mm的光孔。

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