CN103076239B - 分步式加载的板料压缩剪切测试装置 - Google Patents

Abstract

一种用机械应力测试固体材料强度特性的分步式加载的板料压缩剪切测试装置，包括：压头组件、固定组件、滑动锁紧组件和底座组件，其中：压头组件位于待测试板料试件的上方用以向试件施加压力，固定组件和滑动锁紧组件配合夹紧试件，固定组件固定于底座组件上；本发明实现板料在三向压应力状态下发生剪切断裂，并记录加载过程中的成形力及位移等数据。

Description

分步式加载的板料压缩剪切测试装置

技术领域

本发明涉及的是一种用机械应力测试固体材料强度特性的装置，具体是一种分步式加载的板料压缩剪切测试装置。

背景技术

针对板料成形模拟，特别是精密冲裁等大变形分离工艺的模拟，材料损伤演化及裂纹预测已成为研究和生产实践所关注的焦点，目前多借助韧性断裂准则或损伤模型来完成。无论是韧性断裂准则或损伤模型，在使用前都需借助物理测试，通常是室温下的拉伸或压缩试验来确定各自表达式中所涉及的参数。由于上述参数对于应力状态较为敏感，而精密冲裁是处于三向压应力状态的剪切分离过程，仅通过单向应力状态的拉伸或压缩试验标定所得的参数用于实际成形工况的数值模拟时，往往存在较大的误差。因此，参数的确定需在应力状态更为复杂的剪切测试基础上完成。

经过对现有技术的检索发现，兰州理工大学学报2007年第4期公开的“局部材料损伤行为的双孔微剪切测试”，记载了一种双孔微剪切测试装置，用于损伤模型参数的标定。但该装置无法使剪切区处于三向压应力状态，因此无法很好地适用于精密冲裁等复杂应力状态成形数值模拟所需损伤模型参数的标定。

中国专利文献号CN2757964，公开日2006-02-15，公开了一种“电解槽窗口挡板冲剪模具”，该技术由冲剪设备冲头、凸模、上凹模、下凹模和冲剪设备工作台组成，所述的上凹模中央开有可供凸模上下滑动的导向孔，下端面沿前后方向开有长通凹槽；所述下凹模中央开有可供凸模上下滑动的导向孔，下端开有梯形槽。但该技术用于冲剪电解槽窗口挡板，所采用的结构特点决定了其只适用于薄板材料，且变形区在变形初期处于剪应力状态，随后迅速转为拉应力状态，无法实现三向压应力状态下的剪切断裂。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种分步式加载的板料压缩剪切测试装置，实现板料在三向压应力状态下发生剪切断裂，并记录加载过程中的成形力及位移等数据。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：压头组件、固定组件、滑动锁紧组件和底座组件，其中：压头组件位于待测试板料试件的上方用以向试件施加压力，固定组件和滑动锁紧组件配合夹紧试件，固定组件固定于底座组件上；

所述的滑动锁紧组件包括：前挡板、第一垫板、顶件块和压紧件，其中：前挡板与固定组件相连，顶件块位于试件的一侧且设置于第一垫板上，第一垫板与前挡板由导向机构实现配合，压紧件与前挡板相配合且作用于前挡板并带动第一垫板前后方向运动使得顶件块调整位置锁紧试件。

所述的导向机构包括：相配合的导套和导柱，其中：导套设置于前挡板上，导柱设置于第一垫板上。

所述的固定组件包括：固定于底座组件上的后挡板、透明观察板和拼块，其中：后挡板的前部与滑动锁紧组件相连，尾部与试件的后侧相接触，拼块设置于试件的左右两侧且与后挡板的内侧固定，透明观察板设置于试件的后侧。

所述的后挡板为位于拼块两侧的对称L字形结构。

所述的透明观察板设置于后挡板尾部开设的阶梯槽内。

所述的拼块的内部形状与试件左右两侧的形状相适应。

所述的压头组件包括：凸模、第二垫板、挡板和上模板，其中：第二垫板固定于上模板上且一端与挡板相连接，凸模设置于第二垫板开设的T形槽中且与挡板相接触。

所述的凸模包括：替换使用的截面尺寸覆盖试件全部表面的整体加载凸模和覆盖试件测试部分表面的部分加载凸模。

所述的下底板中设置位移传感器，该位移传感器与试件底部接触且测量变形区的纵向位移。

有益效果

与现有技术相比，本发明的优点包括但不局限于以下：

a)压头组件可在测试中更换凸模，实现对试件的分步加载。

b)通过调节滑动锁紧组件中的压紧件，可实现根据不同试件厚度进行调节。

c)固定组件的拼块可根据试件进行更换，以适应不同的测试要求。

d)固定组件后端安装了透明观察板，可通过非接触式视频应变测量仪对试样主要变形区的变形过程进行监测。

附图说明

图1为本发明待测试板料试件结构示意图

图2为本发明试件压缩剪切原理示意图；

图3为本发明立体结构示意图；

图4为压头组件立体结构示意图；

图5为固定组件、滑动锁紧组件及底座组件立体结构示意图；

图6为滑动锁紧组件的结构示意图；

图7为本发明主剖视图；

图8为本发明侧剖视图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图3所示，本实施例包括：压头组件2、固定组件7、滑动锁紧组件16和底座组件17，其中：压头组件2位于待测试板料试件的上方用以向试件施加压力，固定组件7和滑动锁紧组件16配合夹紧试件，固定组件7固定于底座组件17上；

如图5、图6、图7所示，所述的滑动锁紧组件16包括：前挡板14、第一垫板13、顶件块12和压紧件15，其中：前挡板14与固定组件7相连，顶件块12位于试件的一侧且设置于第一垫板13上，第一垫板13与前挡板14由导向机构实现配合，压紧件15与前挡板14相配合，压紧件15作用于前挡板14，带动第一垫板13前后方向运动使得顶件块12调整位置锁紧试件。

所述的导向机构包括：相配合的导套18和导柱19，其中：导套18设置于前挡板14上，导柱19设置于第一垫板13上。

所述的压紧件15为压紧螺钉，前挡板14上开有与压紧螺钉相配合的螺纹孔。

所述的固定组件7包括：固定于底座组件17上的后挡板6、透明观察板10和拼块5，其中：后挡板6的前部与滑动锁紧组件16相连，尾部与试件的后侧相接触，拼块5设置于试件的左右两侧且与后挡板6的内侧固定，透明观察板10设置于试件的后侧。

所述的后挡板6为位于拼块两侧的对称L字形结构。

所述的透明观察板10设置于后挡板6尾部开设的阶梯槽内。

所述的拼块5的内部形状与试件左右两侧的形状相适应。

后挡板6通过内六角螺钉和定位销和底座组件17连接，起到对拼块5和滑动锁紧组件16固定的作用。如图1、图2所示，拼块5可以根据不同试件的中心线β角（β≤5°）和预压行程Δh进行更换。透明观察板10在测试中与试件直接接触，可以透过其对试件主要变形区的变形过程进行监测。

如图4所示，所述的压头组件2包括：凸模3、第二垫板4、挡板11和上模板1，其中：第二垫板4固定于上模板1上且一端与挡板11相连接，凸模3设置于第二垫板4开设的T形槽中且与挡板11相接触。

所述的凸模3包括：替换使用的截面尺寸覆盖试件全部表面的整体加载凸模和覆盖试件测试部分表面的部分加载凸模。

本实施例中，第二垫板4通过定位销和内六角螺钉固定在上模板1上，保证了定位精度。第二垫板4上加工出T型槽，一端通过内六角螺钉和挡板11相连接。使用中，将凸模3从T型槽另一端滑入直到和挡板11接触，用内六角螺钉加以固定。

所述的底座组件17包括：相连接的下底板8和底座9，其中：固定组件7与下底板8相固定。

所述的下底板8中设置位移传感器（未示出），该位移传感器与试件底部接触且测量变形区的纵向位移。

下底板8和底座9通过内六角螺钉相连接，在测试中起到固定其他组件的作用。位移传感器顶杆可透过下底板8中部开设的方形槽和试件底部接触。

实施时：将若干同样材质、尺寸的试件叠在一起放入由固定组件7和滑动锁紧组件16形成的凹模型腔中。调整滑动锁紧组件16中的顶件块12，通过导向机构使其前后移动，在合适的位置将压紧件15锁紧，使试件完全固定。

测试开始前，压头组件2中的凸模3为整体加载凸模，在压力机滑块作用下将试件整体压下行程Δh，随后将压头组件2中的凸模3更换为部分加载凸模，将试件上两切槽之间的局部板料压下一定行程直至主要变形区出现裂纹。在测试过程中，透过固定组件7后部的透明观察板10可以采用非接触式视频应变测量仪对整个过程中试样主要变形区的变形过程进行监测。同时，结合位移传感器可测得整个过程中试样的纵向位移。

Claims (6)

1.一种分步式加载的板料压缩剪切测试装置，其特征在于，包括：压头组件、固定组件、滑动锁紧组件和底座组件，其中：压头组件位于待测试板料试件的上方用以向试件施加压力，固定组件和滑动锁紧组件配合夹紧试件，固定组件固定于底座组件上；

所述的滑动锁紧组件包括：前挡板、第一垫板、顶件块和压紧件，其中：前挡板与固定组件相连，顶件块位于试件的一侧且设置于第一垫板上，第一垫板与前挡板由导向机构实现配合，压紧件与前挡板相配合，压紧件作用于前挡板，带动第一垫板前后方向运动使得顶件块调整位置锁紧试件；

所述的导向机构包括：相配合的导套和导柱，其中：导套设置于前挡板上，导柱设置于第一垫板上；所述的固定组件包括：固定于底座组件上的后挡板、透明观察板和拼块，其中：后挡板的前部与滑动锁紧组件相连，尾部与试件的后侧相接触，拼块设置于试件的左右两侧且与后挡板的内侧固定，透明观察板设置于试件的后侧；

所述的压头组件包括：凸模、第二垫板、挡板和上模板，其中：第二垫板固定于上模板上且一端与挡板相连接，凸模设置于第二垫板开设的T形槽中且与挡板相接触。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征是，所述的后挡板为位于拼块两侧的对称L字形结构。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征是，所述的透明观察板设置于后挡板尾部开设的阶梯槽内。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征是，所述的拼块的内部形状与试件左右两侧的形状相适应。

5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征是，所述的凸模包括：替换使用的截面尺寸覆盖试件全部表面的整体加载凸模和覆盖试件测试部分表面的部分加载凸模。

6.根据权利要求1所述的测试装置，其特征是，所述的底座组件包括：相连接的下底板和底座，其中：固定组件与下底板相固定；

所述的下底板中设置位移传感器，该位移传感器与试件底部接触且测量变形区的纵向位移。