CN102680316B - 用于测试金属棒材试样拉伸应力-拉伸应变的测试夹具 - Google Patents
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Abstract
一种用于测试金属棒材试样拉伸应力-拉伸应变的测试夹具，其由上、下连接部件、上、下夹头和导向挡板固定件组成；上连接部件的拉杆球位于压兰和上连接工件组合而成的球形凹孔内；上、下夹头为外形相同上下排布的等边多面体，之间相距1～3cm，其相对表面上分别开有水平刀口槽；上夹头与上连接部件螺纹连接；下夹头与下连接组件螺纹连接；导向挡板固定件包覆于相对放置的上、下夹头的三个相邻侧面并具有三个垂向挡板，其与上夹头固定，并为上、下夹头定位导向；中间垂向挡板与上夹头的带有第一水平螺孔的侧面固定；其具有安装方便、定位准确、标准或非标准金属棒材试样均能在室温至4.2K的低温环境下完成拉伸应力-拉伸应变力学性能测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验夹具，特别涉及一种用于测试金属棒材试样室温～4.2K拉伸应力-拉伸应变力学性能的测试夹具。
背景技术
目前随着金属合金材料的不断涌现，特别是一些稀有金属材料在国防、航天及民用领域的广泛应用，获取材料的低温力学拉伸性能，特别是超低温(77K至4.2K)力学性能显得尤为迫切。超低温条件下金属材料的拉伸力学性能也是国防、航天主要关注的性能之一。但是有时鉴于以下原因的束缚有些金属材料的低温力学拉伸应力-拉伸应变性能测试不能有效的进行。
1、目前金属材料在低温下的材料的拉伸应力-拉伸应变性能测试多数依照国标采用尺寸比较大的哑铃型试样进行测试，鉴于众多的金属材料在超低温下抗拉强度的显著增加，在低温环境下加载在尺寸比较大的哑铃型金属试样上的载荷超过了低温测试部件本身的承受能力，测试不能有效的进行。
2、目前有些需要进行低温拉伸应力-拉伸应变性能测试的稀有金属材料的总量很少，若依照国标的标准尺寸进行加工、测试，制取测试试样需要的坯材的总量很大，而且价格极其昂贵，有时还满足不了国标要求的有效测试试样的数量，获得不了可靠的低温力学拉伸试验数据。
由于以上两个条件的限制需要采用国标规定的棒材小试样来完成测试，采用棒材小试样进行测试可以有效的克服以上所述的困难。但是目前国内还没有同时能用来测试金属棒材在低温乃至超低温下的拉伸应力-拉伸应变的手段。所以研究金属棒材试样超低温拉伸应力-拉伸应变力学性能测试的试验夹具具有非常重要的意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于测试金属棒材试样拉伸应力-拉伸应变的测试夹具，其具有安装方便，适用多种金属材料，可以同时获得拉伸应力-拉伸应变测试，具有适用于室温～4.2K(室温至液氦)广阔测试温区的特点。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的用于测试金属棒材试样拉伸应力-拉伸应变的测试夹具，其由上连接部件10、上夹头11、下夹头21、下连接组件20和导向挡板固定件3组成；
所述上连接部件10由通过螺钉固定在一起的压兰101和上连接工件102以及拉杆103组成；所述压兰101中心设有球形通孔；所述上连接工件102上端面中心设有上部球形盲孔，所述上连接工件102下端面中心设有与其一体的带下部螺纹孔的圆柱形连接柱104；所述拉杆103由上部拉杆柱和与其下端一体的拉杆球组成；所述压兰101中心的球形通孔与所述上连接工件102上端面中心的上部球形盲孔相对放置以形成一球形凹孔；所述拉杆103的拉杆球位于该球形凹孔之内；
所述上夹头11为等边多面体，其上端面中心处设有与其一体的第一螺杆，所述上夹头11底面111中心处设有带下部过渡孔114的第一螺纹深孔；所述上夹头11相对的一对侧面的下端各开有一个上水平刀口槽112；所述上水平刀口槽112的二槽面相互垂直，二槽面中的一槽面与所述上夹头11底面111成70°夹角；开有上水平刀口槽112的上夹头11的一个侧面上设有上下排列的二个第一水平螺孔113；
所述下夹头21为与所述上夹头11外形相同的等边多面体，其下端面中心处设有的与其一体的第二螺杆，所述下夹头21上表面211中心处设有带上部过渡孔214的第二螺纹深孔；所述下夹头21相对的一对侧面的上端各开有一个下刀口槽212；所述下水平刀口槽212的二槽面相互垂直，二槽面中的一槽面与所述下夹头21的上表面211成70°夹角；
所述上夹头11的底面111与所述下夹头21的上表面211相对间隔放置，其间隔距离为1～3cm；所述上夹头11的带下部过渡孔114的第一螺纹深孔与所述下夹头21的带上部过渡孔214的第二螺纹深孔尺寸相同且同轴心；
所述导向挡板固定件3为包覆于相对放置的所述上夹头11和下夹头21的三个相邻侧面的具有三个垂向挡板的导向挡板固定件，其为上夹头11和下夹头21定位导向；处于所述三个垂向挡板中间位置的中间垂向挡板与所述上夹头(11)的带有第一水平螺孔113的侧面固定；
所述下连接组件20为上表面中心带有上部螺纹孔，下表面带有第三螺杆203的圆柱体；
所述上夹头11的第一螺杆与所述上连接部件10下端面中心的下部螺纹孔螺纹连接；所述下夹头21的第二螺杆与所述下连接组件20上表面中心的上部螺纹孔螺纹连接。
所述的上夹头11和所述的下夹头21为外形相同的等边四面体、等边六面体或等边八面体。
在与所述上夹头11上带有第一水平螺孔113的侧面相对的侧面上设有上下排列的二个第二水平螺孔113’，所述位于上边的第二水平螺孔113’与所述位于上边的第一水平螺孔113的轴线等高；所述位于下边的第二水平螺孔113’与所述位于下边的第一水平螺孔113的轴线等高。
位于所述上夹头11开有上水平刀口槽112的侧面下方的所述下夹头21的侧面上设有上下排列的二个第三水平螺孔213。
所述下夹头21的开有二个第三水平螺孔213相对的侧面上设有上下排列的二个第四水平螺孔213’；所述位于上边的第三水平螺孔213与所述位于上边的第四水平螺孔213’的轴线等高；所述位于下边的第三水平螺孔213与所述位于下边的第四水平螺孔213’的轴线等高。
本发明提供的用于测试金属棒材试样拉伸应力-拉伸应变力学性能的测试夹具具有以下优点：
1、适用于不同金属棒材材料的拉伸应力-拉伸应变力学性能的测试；
2、安装方便，对中性良好；
3、适用于宽的温度范围(室温～4.2K)；
4、可以进行标准或非标准试样的测试，节约测试成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为上连接部件10的结构示意图；
图3为上夹头11的结构示意图；
图4为下夹头21的结构示意图；
图5为下连接工装20的结构示意图；
图6为上夹头11与下夹头21及导向挡板3的组装示意图；
图7为上水平刀口槽112和下水平刀口槽212的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步描述本发明。
图1为本发明的结构示意图；图2为上连接部件10的结构示意图；图3为上夹头11的结构示意图；图4为下夹头21的结构示意图；图5为下连接工装20的结构示意图；图6为上夹头11与下夹头21及导向挡板3的组装示意图；图7为上水平刀口槽112和下水平刀口槽212的示意图。由图可知，本发明提供的用于测试金属棒材试样拉伸应力-拉伸应变的测试夹具，其由上连接部件10、上夹头11、下夹头21、下连接组件20和导向挡板固定件3组成；
如图2所示，所述上连接部件10由通过螺钉固定在一起的压兰101和上连接工件102以及拉杆103组成；所述压兰101中心设有球形通孔；所述上连接工件102上端面中心设有上部球形盲孔，所述上连接工件102下端面中心设有与其一体的带下部螺纹孔的圆柱形连接柱104；所述拉杆103由上部拉杆柱和与其下端一体的拉杆球组成；所述压兰101中心的球形通孔与所述上连接工件102上端面中心的上部球形盲孔相对放置以形成一球形凹孔；所述拉杆103的拉杆球位于该球形凹孔之内；
如图3所示，所述上夹头11为等边多面体，其上端面中心处设有与其一体的第一螺杆，所述上夹头11底面111中心处设有带下部过渡孔114的第一螺纹深孔；所述上夹头11相对的一对侧面的下端各开有一个上水平刀口槽112(如图7所示)；所述上水平刀口槽112的二槽面相互垂直，二槽面中的一槽面与所述上夹头11底面111成70°夹角；开有上水平刀口槽112的上夹头11的一个侧面上设有上下排列的二个第一水平螺孔113；
如图4所示，所述下夹头21为与所述上夹头11外形相同的等边多面体，其下端面中心处设有的与其一体的第二螺杆，所述下夹头21上表面211中心处设有带上部过渡孔214的第二螺纹深孔；所述下夹头21相对的一对侧面的上端各开有一个下刀口槽212(如图7所示)；所述下水平刀口槽212的二槽面相互垂直，二槽面中的一槽面与所述下夹头21的上表面211成70°夹角；
如图6所示，所述上夹头11的底面111与所述下夹头21的上表面211相对间隔放置，其间
隔距离为1～3cm；所述上夹头11的带下部过渡孔114的第一螺纹深孔与所述下夹头21的带上部过渡孔214的第二螺纹深孔尺寸相同且同轴心；所述导向挡板固定件3为包覆于相对放置的所述上夹头11和下夹头21的三个相邻侧面的具有三个垂向挡板的导向挡板固定件，其为上夹头11和下夹头21定位导向；处于所述三个垂向挡板中间位置的中间垂向挡板与所述上夹头11的带有第一水平螺孔113的侧面固定；
如图5所示，所述下连接组件20为上表面中心带有上部螺纹孔，下表面带有第三螺杆203的圆柱体；
如图1所示，所述上夹头11的第一螺杆与所述上连接部件10下端面中心的下部螺纹孔螺纹连接；所述下夹头21的第二螺杆与所述下连接组件20上表面中心的上部螺纹孔螺纹连接。
所述的上夹头11和所述的下夹头21为外形相同的等边四面体、等边六面体或等边八面体。
在与所述上夹头11上带有第一水平螺孔113的侧面相对的侧面上设有上下排列的二个第二水平螺孔113，，所述位于上边的第二水平螺孔113，与所述位于上边的第一水平螺孔113的轴线等高；所述位于下边的第二水平螺孔113，与所述位于下边的第一水平螺孔113的轴线等高。
位于所述上夹头11开有上水平刀口槽112的侧面下方的所述下夹头21的侧面上设有上下排列的二个第三水平螺孔213。
所述下夹头21的开有二个第三水平螺孔213相对的侧面上设有上下排列的二个第四水平螺孔213，；所述位于上边的第三水平螺孔213与所述位于上边的第四水平螺孔213’的轴线等高；所述位于下边的第三水平螺孔213与所述位于下边的第四水平螺孔213’的轴线等高。
本发明的组装及使用如下：
首先把金属棒材试样4的螺纹头旋进上夹头11的带下部过渡孔114的第一螺纹深孔内，接着再把金属棒材试样4的另一端螺纹头旋进下夹头21上表面211中心处设有带上部过渡孔214的第二螺纹深孔内，然后通过调节旋进螺纹孔试样的深度使上夹头11的底面111与所述下夹头21的上表面211相对间隔的距离为1～3cm，并且使上夹头11侧面上带有的一个上水平刀口槽112与下夹头21侧面上带有的一个下水平刀口槽212相对；把导向挡板固定件3的一端固定在上夹头11侧面上的第一水平螺孔113上；然后把组装好的整体部件上夹头11上端面中心处设有的与其一体的第一螺杆与上连接工件102下端面中心设有与其一体的带下部螺纹孔的圆柱形连接柱104相连接，上连接工件102上端面拉杆103与试验机的承力轴连接；组装好的整体部件下夹头21下端面中心处设有的与其一体的第二螺杆与下连接组件20为上表面中心的螺纹孔相连接；下连接组件20下表面的第三螺杆203与试验机低温测试部件的承力盘上；最后在刀口槽112、212上装卡好引伸计；组装好的低温棒材测试系统放置于低温环境中，通过试验机横梁的运动完成对金属棒材试样4的拉伸，在拉伸过程中装卡好的引伸计通过数据采集系统自动记录试样的应变变化，载荷传感器通过数据采集系统自动记录应力变化。
本发明的上夹头11和下夹头21实际上是一个上下相互对称的多面体；使用时，当上下排列的第一水平螺孔113所在面上的刀口槽被损坏时，可以使用上夹头11的第二水平螺孔113’面上的刀口槽；如果上夹头11的第一水平螺孔113和第二水平螺孔113’均被损坏时，可以用下夹头21替代上夹头11；这样一套测试夹具相当于具有两套夹具的作用，不但可以最大化的利用测试夹具，同时又可以节约加工的成本，使测试试验能顺利的完成。
上夹头11与下夹头21通过金属棒材试样4相连接，通过旋进金属棒材试样4调节上夹头11与下夹头21保持合适的距离(范围1～3cm)，以便装卡引伸计，引伸计的两臂分别装卡在刀口槽112和212的凹槽内，引伸计与外部试验机的采集系统相连接，测试时引伸计可以精确的测量上夹头11与下夹头21间隔距离的变化；把导向挡板固定件3的上部固定在上夹头11一个侧面上的第一螺纹孔113；导向挡板固定件3的下端自由的和下夹头2的三个侧面接触；在拉伸测试的过程中导向挡板固定件3始终起一个竖直导向和定位的作用。
所述上夹头11和下夹头21及导向挡板固定件3均为不锈钢材质；所述夹具的各零部件均由不锈钢材质制做。
试验时，将上连接部件10通过拉杆103与万能材料试验机WD-10A或Instron5882上的万向连接器准确连接；将符合国家标准要求的金属棒材试样4两端各加工一尺寸为M6*1～10*1.5mm的螺纹，螺纹长度为8～10mm；带螺纹的金属棒材试样4分别旋进上夹头11和下夹头21的螺孔里，并使上、下夹头横截面上所带的引伸计刀口槽(112与212)对称保持在一个竖直面上；在上夹头11的一个侧面装卡导向挡板固定件3；图6为上夹头11、下夹头21、金属棒材试样4和导向挡板固定件3的组装图；将上夹头11的第一螺杆旋进上连接组件102的圆柱体104的内螺纹内；将下夹头21的第二螺杆旋进下连接组件20上端的内螺纹内；下连接组件20的第三螺纹杆203固定在低温测试部件的承力盘上；然后在上、下夹头对称的引伸计刀口槽(112，212)处装卡引伸计；最后将整个金属棒材试样4拉伸应力-拉伸应变力学性能测试夹具体系放置在密闭低温拉伸实验容器中；通过计算机控制试验机向下运行完成拉伸应力-拉伸应变力学性能的拉伸测试实验。
Claims (5)
1.一种用于测试金属棒材试样拉伸应力-拉伸应变的测试夹具，其由上连接部件（10）、上夹头（11）、下夹头（21）、下连接组件（20）和导向挡板固定件（3）组成；
所述上连接部件（10）由通过螺钉固定在一起的压兰（101）和上连接工件（102）以及拉杆（103）组成；所述压兰（101）中心设有球形通孔；所述上连接工件（102）上端面中心设有上部球形盲孔，所述上连接工件（102）下端面中心设有与其一体的带下部螺纹孔的圆柱形连接柱（104）；所述拉杆（103）由上部拉杆柱和与其下端一体的拉杆球组成；所述压兰（101）中心的球形通孔与所述上连接工件（102）上端面中心的上部球形盲孔相对放置以形成一球形凹孔；所述拉杆（103）的拉杆球位于该球形凹孔之内；
所述上夹头（11）为等边多面体，其上端面中心处设有与其一体的第一螺杆，所述上夹头（11）底面（111）中心处设有带下部过渡孔（114）的第一螺纹深孔；所述上夹头（11）相对的一对侧面的下端各开有一个上水平刀口槽（112）；所述上水平刀口槽（112）的二槽面相互垂直，二槽面中的一槽面与所述上夹头（11）底面（111）成70°夹角；开有上水平刀口槽（112）的上夹头（11）的一个侧面上设有上下排列的二个第一水平螺孔（113）；
所述下夹头（21）为与所述上夹头（11）外形相同的等边多面体，其下端面中心处设有的与其一体的第二螺杆，所述下夹头（21）上表面（211）中心处设有带上部过渡孔（214）的第二螺纹深孔；所述下夹头（21）相对的一对侧面的上端各开有一个下水平刀口槽（212）；所述下水平刀口槽（212）的二槽面相互垂直，二槽面中的一槽面与所述下夹头（21）的上表面（211）成70°夹角；
所述上夹头（11）的底面（111）与所述下夹头（21）的上表面（211）相对间隔放置，其间距为1～3cm；所述上夹头（11）的带下部过渡孔（114）的第一螺纹深孔与所述下夹头（21）的带上部过渡孔（214）的第二螺纹深孔尺寸相同且同轴心；
所述导向挡板固定件（3）为包覆于相对放置的所述上夹头（11）和下夹头（21）的三个相邻侧面的具有三个垂向挡板的导向挡板固定件，其为上夹头（11）和下夹头（21）定位导向；处于所述三个垂向挡板中间位置的中间垂向挡板与所述上夹头（11）的带有第一水平螺孔（113）的侧面固定；
所述下连接组件（20）为上表面中心带有上部螺纹孔，下表面带有第三螺杆（203）的圆柱体；
所述上夹头（11）的第一螺杆与所述上连接部件（10）下端面中心的下部螺纹孔螺纹连接；所述下夹头（21）的第二螺杆与所述下连接组件（20）上表面中心的上部螺纹孔螺纹连接。
2.按权利要求1所述的用于测试金属棒材试样拉伸应力-拉伸应变的测试夹具，其特征在于，所述的上夹头（11）和所述的下夹头（21）为外形相同的等边四面体、等边六面体或等边八面体。
3.按权利要求1所述的用于测试金属棒材试样拉伸应力-拉伸应变的测试夹具，其特征在于，在与所述上夹头（11）上带有第一水平螺孔（113）的侧面相对的侧面上设有上下排列的二个第二水平螺孔（113’），所述位于上边的第二水平螺孔（113’）与所述位于上边的第一水平螺孔（113）的轴线等高；所述位于下边的第二水平螺孔（113’）与所述位于下边的第一水平螺孔（113）的轴线等高。
4.按权利要求1所述的用于测试金属棒材试样拉伸应力-拉伸应变的测试夹具，其特征在于，位于所述上夹头（11）开有上水平刀口槽（112）的侧面下方的所述下夹头（21）的侧面上设有上下排列的二个第三水平螺孔（213）。
5.按权利要求4所述的用于测试金属棒材试样拉伸应力-拉伸应变的测试夹具，其特征在于，所述下夹头（21）的开有二个第三水平螺孔（213）相对的侧面上设有上下排列的二个第四水平螺孔（213’）；位于上边的第三水平螺孔（213）与位于上边的第四水平螺孔（213’）的轴线等高；位于下边的第三水平螺孔（213）与位于下边的第四水平螺孔（213’）的轴线等高。
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