CN103257075B - 一种防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，属于板成形测试技术领域。本发明夹持装置的左下梳状模与左上梳状模为上下相对设置，右下梳状模与右上梳状模为上下相对设置，上下相对设置的梳状模之间分别通过导柱、梳齿状结构相互配合；左下梳状模与右下梳状模为左右相对设置，左上梳状模与右上梳状模为左右相对设置，左右相对设置的梳状模之间分别通过双头螺栓滑动连接，左右两侧梳状模各自形成的工作平面相对，板材试样位于左右两侧相对设置的梳状模工作平面之间。本发明上下模具可相互滑动，而且左右两侧模具也可相互运动，从而在试样全范围内予以侧应力支持避免压缩失稳，同时保证板材厚度方向的自由变形不受影响。

Description

一种防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置

技术领域

本发明涉及一种防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，属于板成形测试技术领域。

背景技术

板料成形是材料成形领域中重要的组成部分，在国民经济中占有十分重要的地位。板成形过程受到材料性能、模具形状、冲压方向和速度、摩擦润滑条件、压边力的大小等诸多因素的影响。掌握板坯的性能，比如拉伸应力应变曲线、压缩应力应力应变曲线以及拉伸-压缩应力应变曲线，对于板成形工艺的制定有着重要的指导意义。

对于面心六方与体心立方结构的金属板材来讲，由于其主要的塑性变形机制为位错滑移，而位错滑移对应力的符号不敏感，即一定拉应力状态能激活的位错，在相等的压应力下也能激活，反之亦然。因此，一般说来面心立方与体心立方结构材料的拉伸与压缩变形行为是一致的，也就不需专门测试压缩时的性能。但是，当这些材料有一定的预变形，由于包申格效应的存在，也可能表现出拉伸与压缩变形行为的不一致，此时就需要专门测试压缩时的性能。对于密排六方结构的金属材料，由于独立的滑移系少，孪生也是其一种重要的塑性变形机理。与位错滑移不同，孪生对应力的符号是敏感的，即一定拉应力状态能激活的孪生，在相等的压应力下未必能激活，这就导致了拉伸与压缩时变形行为不一致，也就专门需要测试压缩时的变形行为。

然而，由于板材本身的尺寸特性，平面内的拉伸实验比较容易开展，平面内的压缩实验却很难开展。为此，陈荣锦（陈荣锦,金属薄板的压缩实验,力学学报,1981年第二期：173-179）提出了一种夹持装置。在这套夹持装置中，压缩试样由两块刚度较高的平板夹住。为了让试样在厚度方向上有一定的变形自由度，也为了控制试样与夹持平板之间的摩擦力，采用了弹性夹紧以及高刚度的刚性限位约束。国家标准“GB/T 7314-2005金属材料室温压缩试验方法”也推荐了陈荣锦提出的夹持装置。但是，上述夹持装置中试样由两块平板夹持，为了避免压缩失稳，不能进行大变形量的压缩。而且，测试结果还受试样与夹持装置间摩擦力的影响。此外，陈荣锦提出的夹持装置也不能开展板材连续的拉伸-压缩实验。

发明内容

为了开展薄板平面内的单向压缩实验或者连续的拉伸-压缩试验，本发明提供一种防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，解决现有技术中夹持装置难以实现薄板平面内压缩而不失稳的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，该夹持装置包括：左下梳状模、左上梳状模、右下梳状模、右上梳状模、双头螺栓、导柱，具体结构如下：

左下梳状模、左上梳状模、右下梳状模、右上梳状模均为T字形，T字形中间突出部分为梳齿状结构；左下梳状模与左上梳状模为上下相对设置，右下梳状模与右上梳状模为上下相对设置，上下相对设置的梳状模之间分别通过导柱、梳齿状结构相互配合；左下梳状模与右下梳状模为左右相对设置，左上梳状模与右上梳状模为左右相对设置，左右相对设置的梳状模之间分别通过双头螺栓滑动连接，左右两侧梳状模各自形成的工作平面相对，板材试样位于左右两侧相对设置的梳状模工作平面之间。

所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，每个双头螺栓的两端伸至左右相对设置的梳状模之外，每个双头螺栓的两侧设置用于向左右两侧的梳状模施加侧应力的弹簧；或者，左右两侧的梳状模外部设置用于向左右两侧的梳状模施加侧应力的气动、电动或液压装置。

所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，每个双头螺栓在两端加工有螺纹，双头螺栓的中间为梳状模可相对于双头螺栓自由滑动的光滑圆柱。

所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，在左下梳状模、左上梳状模的外侧分别安装有可穿过左下梳状模、左上梳状模的顶出螺栓，顶出螺栓与左下梳状模以及左上梳状模之间以螺纹形式配合；或者，在右下梳状模、右上梳状模的外侧分别安装有可穿过右下梳状模、右上梳状模的顶出螺栓，顶出螺栓与右下梳状模以及右上梳状模之间以螺纹形式配合。

所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，左下梳状模呈倒“T”字形，两侧各有一个用于固定连接左导柱的螺纹孔Ⅰ，中间突出部分为梳齿状结构；左上梳状模呈正“T”字形，两侧各有一个定位通孔Ⅰ，定位通孔Ⅰ与左下梳状模1固定的左导柱相对，中间突出部分为梳齿状结构；

右下梳状模呈倒“T”字形，两侧各有一个用于固定连接右导柱的螺纹孔Ⅱ，中间突出部分为梳齿状结构；右上梳状模呈正“T”字形，两侧各有一个定位通孔Ⅱ，定位通孔Ⅱ与右下梳状模3固定的右导柱相对，中间突出部分为梳齿状结构。

所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，右下梳状模与右上梳状模之间通过右导柱相互配合的结构，其配合方式与左侧的左下梳状模、左上梳状模之间相互配合的结构一致，右导柱、固定右导柱螺纹孔、与右导柱滑动配合定位通孔的位置分别与左导柱、固定左导柱螺纹孔、与左导柱滑动配合定位通孔的位置呈镜像对称。

所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，左下梳状模与左上梳状模之间通过左导柱相互配合，左导柱通过螺纹的方式固定在左下梳状模上，左导柱与左上梳状模滑动配合；左导柱在一端加工有螺纹，用以与左下梳状模固定连接；左导柱的剩余部分为左上梳状模可相对于左导柱自由滑动的光滑圆柱；左下梳状模的齿Ⅰ与左上梳状模的齿间Ⅱ相对，左下梳状模的齿间Ⅰ与左上梳状模的齿Ⅱ相对；左下梳状模与左上梳状模通过齿、齿间和左导柱呈滑动配合，且在厚度方向的一侧形成光滑的工作平面，该工作平面与右下梳状模、右上梳状模在厚度方向形成的光滑工作平面相对。

所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，右下梳状模与右上梳状模之间通过右导柱相互配合，右导柱通过螺纹的方式固定在右下梳状模上，右导柱与右上梳状模滑动配合；右导柱在一端加工有螺纹，用以与右下梳状模固定连接；右导柱的剩余部分为右上梳状模可相对于右导柱自由滑动的光滑圆柱；右下梳状模的齿Ⅲ与右上梳状模的齿间Ⅳ相对，右下梳状模的齿间Ⅲ与右上梳状模的齿Ⅳ相对；右下梳状模与右上梳状模通过齿、齿间和右导柱呈滑动配合，且在厚度方向的一侧形成光滑的工作平面，该工作平面与左下梳状模、左上梳状模在厚度方向形成的光滑工作平面相对。

所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，左下梳状模的两侧和中间突出部分各开设一个双头螺栓通孔Ⅰ，右下梳状模的两侧和中间突出部分各开设一个双头螺栓通孔Ⅲ，双头螺栓通孔Ⅰ与双头螺栓通孔Ⅲ相对应，供双头螺栓穿过；

左上梳状模的两侧和中间突出部分各开设一个双头螺栓通孔Ⅱ，右上梳状模的两侧和中间突出部分各开设一个双头螺栓通孔Ⅳ，双头螺栓通孔Ⅱ与双头螺栓通孔Ⅳ相对应，供双头螺栓穿过。

所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，左下梳状模上开设两个供顶出螺栓穿过的顶出螺栓通孔Ⅰ，左上梳状模上开设两个供顶出螺栓穿过的顶出螺栓通孔Ⅱ。

本发明的优点是：

1、本发明上下模具以梳齿结构以及导柱导孔配合，在实验过程中可相互滑动，以便在全范围内予以试样支撑，避免失稳。从而，解决了薄板平面内单向压缩以及连续的拉伸-压缩变形难的问题。

2、本发明左右模具通过双头螺栓滑动连接，在实验过程中可自由滑动，以免影响板材在厚度方向的变形。

3、本发明侧应力可由弹簧施加，不但加工制造成本低廉，避免了采用液压或者气压装置导致的复杂机构，方便在压力机和材料拉伸试验机上配合应用。

4、本发明测试结果不受试样与夹持装置见摩擦力的影响，由于试样与上梳状模间的摩擦力和试样与下梳状模间的摩擦力相互抵消，可以保证测试结果的精度。

5、本发明适用于防止厚度为1.0-3.0mm的板材试样平面内压缩失稳。

附图说明

图1为本发明整体示意图；

图2为本发明左下梳状模与左上梳状模配合示意图；

图3为本发明左下梳状模示意图；

图4为本发明左上梳状模示意图；

图5为本发明右下梳状模与右上梳状模配合示意图；

图6为本发明右上梳状模示意图；

图7为本发明右下梳状模示意图；

图8（a）为本发明使用的试样示意图；

图8（b）为本发明使用的试样与夹持装置间相对位移示意图。

图中：1.左下梳状模；2.左上梳状模；3.右下梳状模；4.右上梳状模；5.双头螺栓；6.弹簧；7.顶出螺栓；8.导柱；81.左导柱；82.右导柱；9.试样；10.试验机夹持端；11.凸耳；12.齿Ⅰ；13.齿间Ⅰ；14.齿Ⅱ；15.齿间Ⅱ；16.齿Ⅲ；17.齿间Ⅲ；18.齿Ⅳ；19.齿间Ⅳ；20.螺纹孔Ⅰ；21.定位通孔Ⅰ；22.螺纹孔Ⅱ；23.双头螺栓通孔Ⅰ；24.顶出螺栓通孔Ⅰ；25.双头螺栓通孔Ⅱ；26.顶出螺栓通孔Ⅱ；27.双头螺栓通孔Ⅲ；28.双头螺栓通孔Ⅳ；29.定位通孔Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明。

如图1-图7所示，本发明预防薄板平面内压缩失稳的夹持装置，主要包括：左下梳状模1、左上梳状模2、右下梳状模3、右上梳状模4、双头螺栓5、弹簧6、顶出螺栓7、导柱8（左导柱81、右导柱82）等，具体结构如下：

如图1所示，左下梳状模1、左上梳状模2、右下梳状模3、右上梳状模4均为T字形，T字形中间突出部分为梳齿状结构。左下梳状模1与左上梳状模2为上下相对设置，右下梳状模3与右上梳状模4为上下相对设置，上下相对设置的梳状模（左下梳状模1与左上梳状模2、右下梳状模3与右上梳状模4）之间分别通过导柱8、梳齿状结构相互配合。左下梳状模1与右下梳状模3为左右相对设置，左上梳状模2与右上梳状模4为左右相对设置，左右相对设置的梳状模（左下梳状模1与右下梳状模3、左上梳状模2与右上梳状模4）之间分别通过三个双头螺栓5滑动连接，左右两侧梳状模各自形成的工作平面相对，变形的板材试样9位于左右两侧相对设置的梳状模工作平面之间；每个双头螺栓5的两端伸至左右相对设置的梳状模之外，每个双头螺栓5的两侧设置有弹簧6，通过压缩双头螺栓5上的弹簧6，就可使左右两侧的梳状模间形成压应力，即弹簧压缩产生防止板材试样9压缩失稳的侧应力，以避免试样9的失稳。每个双头螺栓5只在两端加工有螺纹，用于通过旋转双头螺栓5两端安装的螺母，来调整弹簧6对梳状模的压应力；双头螺栓5的中间为光滑的圆柱，因此梳状模可相对于双头螺栓5自由滑动。

在变形过程中，夹持装置中的上下梳状模可以相互上下运动，以此保证在全范围内予以试样侧应力支持。此外，左右两侧梳状模也可以相对运动，以此保证薄板试样压缩过程中厚度方向的变形不受约束。

另外，在左下梳状模1、左上梳状模2的外侧分别安装有顶出螺栓7，顶出螺栓7与左下梳状模1以及左上梳状模2之间以螺纹形式配合，在一次压缩变形结束后，可旋入顶出螺栓7，顶出螺栓7的伸出端作用于右下梳状模3、右上梳状模4的工作平面，就可在不卸载弹簧压力情况下，使左右两侧的梳状模分开，方便更换试样9。或者，顶出螺栓7也可以安装于右下梳状模3、右上梳状模4的外侧。

如图2-图4所示，左下梳状模1呈倒“T”字形，两侧各有一个螺纹孔Ⅰ20，用于固定连接左导柱81，中间突出部分为梳齿状结构；左上梳状模2呈正“T”字形，两侧各有一个定位通孔Ⅰ21，定位通孔Ⅰ21与左下梳状模1固定的左导柱81相对，中间突出部分为梳齿状结构。

左下梳状模1与左上梳状模2之间通过左导柱81相互配合，左导柱81通过螺纹的方式固定在左下梳状模1上，而左导柱81与左上梳状模2滑动配合。左导柱81在一端加工有螺纹，用以与左下梳状模1固定连接。左导柱81的剩余部分为光滑圆柱，以便左上梳状模2可相对于左导柱81自由滑动。左下梳状模1的齿Ⅰ12与左上梳状模2的齿间Ⅱ15相对，左下梳状模1的齿间Ⅰ13与左上梳状模2的齿Ⅱ14相对。左下梳状模1与左上梳状模2通过齿、齿间和左导柱81呈滑动配合，且在厚度方向的一侧形成光滑的工作平面。

如图5-图7所示，右下梳状模3呈倒“T”字形，两侧各有一个螺纹孔Ⅱ22，用于固定连接右导柱82，中间突出部分为梳齿状结构；右上梳状模4呈正“T”字形，两侧各有一个定位通孔Ⅱ29，定位通孔Ⅱ29与右下梳状模3固定的右导柱82相对，中间突出部分为梳齿状结构。

右下梳状模3与右上梳状模4之间通过右导柱82相互配合，右导柱82通过螺纹的方式固定在右下梳状模3上，而右导柱82与右上梳状模4滑动配合。右导柱82在一端加工有螺纹，用以与右下梳状模3固定连接。右导柱82的剩余部分为光滑圆柱，以便右上梳状模4可相对于右导柱82自由滑动。右下梳状模3的齿Ⅲ16与右上梳状模4的齿间Ⅳ19相对，右下梳状模3的齿间Ⅲ17与右上梳状模4的齿Ⅳ18相对。右下梳状模3与右上梳状模4通过齿、齿间和右导柱82呈滑动配合，且在厚度方向的一侧形成光滑的工作平面，该工作平面与左下梳状模1、左上梳状模2在厚度方向形成的光滑工作平面相对。

右下梳状模3与右上梳状模4之间通过右导柱82相互配合的结构，其配合方式与左侧的左下梳状模1、左上梳状模2之间相互配合的结构一致，只是右导柱82、固定右导柱82螺纹孔、与右导柱82滑动配合定位通孔的位置分别与左导柱81、固定左导柱81螺纹孔、与左导柱81滑动配合定位通孔的位置呈镜像对称。

如图1、图3和图6所示，左下梳状模1的两侧和中间突出部分各开设一个双头螺栓通孔Ⅰ23，右下梳状模3的两侧和中间突出部分各开设一个双头螺栓通孔Ⅲ27，双头螺栓通孔Ⅰ23与双头螺栓通孔Ⅲ27相对应，供双头螺栓5穿过。

如图1、图4和图7所示，左上梳状模2的两侧和中间突出部分各开设一个双头螺栓通孔Ⅱ25，右上梳状模4的两侧和中间突出部分各开设一个双头螺栓通孔Ⅳ28，双头螺栓通孔Ⅱ25与双头螺栓通孔Ⅳ28相对应，供双头螺栓5穿过。

如图2、图3和图4所示，左下梳状模1上开设两个供顶出螺栓7穿过的顶出螺栓通孔Ⅰ24，左上梳状模2上开设两个供顶出螺栓7穿过的顶出螺栓通孔Ⅱ26。

如图8（a）所示，试样9上加工有两对凸耳11，方便试验机引伸计的放置，试样9两端为试验机夹持端10。如图8（b）所示，还给出了采用本发明时，试样9与夹持装置间相对位移示意图；由于试样9上下梳状模的相对位移大小相等、方向相反，所以理论上试样9与夹持装置间相对位移量为零，试样9与夹持装置间的摩擦力对测试结果没有影响，从而保证了测试结果的精度。

实施例结果表明，本发明夹持装置的上下模具可相互滑动，而且左右两侧模具也可相互运动，从而在试样全范围内予以侧应力支持避免压缩失稳，同时保证板材厚度方向的自由变形不受影响。本发明侧应力可由弹簧施加，制造加工成本低且简单易于加工。本发明侧应力也可由气动、电动、液压等其他方式施加。

Claims (9)

1.一种防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，其特征在于，该夹持装置包括：左下梳状模、左上梳状模、右下梳状模、右上梳状模、双头螺栓、导柱，具体结构如下：

左下梳状模、左上梳状模、右下梳状模、右上梳状模均为T字形，T字形中间突出部分为梳齿状结构；左下梳状模与左上梳状模为上下相对设置，右下梳状模与右上梳状模为上下相对设置，上下相对设置的梳状模之间分别通过导柱、梳齿状结构相互配合；左下梳状模与右下梳状模为左右相对设置，左上梳状模与右上梳状模为左右相对设置，左右相对设置的梳状模之间分别通过双头螺栓滑动连接，左右两侧梳状模各自形成的工作平面相对，板材试样位于左右两侧相对设置的梳状模工作平面之间；

左下梳状模呈倒 “T”字形，两侧各有一个用于固定连接左导柱的螺纹孔Ⅰ，中间突出部分为梳齿状结构；左上梳状模呈正“T”字形，两侧各有一个定位通孔Ⅰ，定位通孔Ⅰ与左下梳状模1固定的左导柱相对，中间突出部分为梳齿状结构；

右下梳状模呈倒 “T”字形，两侧各有一个用于固定连接右导柱的螺纹孔Ⅱ，中间突出部分为梳齿状结构；右上梳状模呈正“T”字形，两侧各有一个定位通孔Ⅱ，定位通孔Ⅱ与右下梳状模3固定的右导柱相对，中间突出部分为梳齿状结构。

2.按照权利要求1所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，其特征在于，每个双头螺栓的两端伸至左右相对设置的梳状模之外，每个双头螺栓的两侧设置用于向左右两侧的梳状模施加侧应力的弹簧；或者，左右两侧的梳状模外部设置用于向左右两侧的梳状模施加侧应力的气动、电动或液压装置。

3.按照权利要求1所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，其特征在于，每个双头螺栓在两端加工有螺纹，双头螺栓的中间为梳状模可相对于双头螺栓自由滑动的光滑圆柱。

4.按照权利要求1所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，其特征在于，在左下梳状模、左上梳状模的外侧分别安装有可穿过左下梳状模、左上梳状模的顶出螺栓，顶出螺栓与左下梳状模以及左上梳状模之间以螺纹形式配合；或者，在右下梳状模、右上梳状模的外侧分别安装有可穿过右下梳状模、右上梳状模的顶出螺栓，顶出螺栓与右下梳状模以及右上梳状模之间以螺纹形式配合。

5.按照权利要求1所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，其特征在于，右下梳状模与右上梳状模之间通过右导柱相互配合的结构，其配合方式与左侧的左下梳状模、左上梳状模之间相互配合的结构一致，右导柱、固定右导柱螺纹孔、与右导柱滑动配合定位通孔的位置分别与左导柱、固定左导柱螺纹孔、与左导柱滑动配合定位通孔的位置呈镜像对称。

6.按照权利要求1所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，其特征在于，左下梳状模与左上梳状模之间通过左导柱相互配合，左导柱通过螺纹的方式固定在左下梳状模上，左导柱与左上梳状模滑动配合；左导柱在一端加工有螺纹，用以与左下梳状模固定连接；左导柱的剩余部分为左上梳状模可相对于左导柱自由滑动的光滑圆柱；左下梳状模的齿Ⅰ与左上梳状模的齿间Ⅱ相对，左下梳状模的齿间Ⅰ与左上梳状模的齿Ⅱ相对；左下梳状模与左上梳状模通过齿、齿间和左导柱呈滑动配合，且在厚度方向的一侧形成光滑的工作平面，该工作平面与右下梳状模、右上梳状模在厚度方向形成的光滑工作平面相对。

7.按照权利要求1所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，其特征在于，右下梳状模与右上梳状模之间通过右导柱相互配合，右导柱通过螺纹的方式固定在右下梳状模上，右导柱与右上梳状模滑动配合；右导柱在一端加工有螺纹，用以与右下梳状模固定连接；右导柱的剩余部分为右上梳状模可相对于右导柱自由滑动的光滑圆柱；右下梳状模的齿Ⅲ与右上梳状模的齿间Ⅳ相对，右下梳状模的齿间Ⅲ与右上梳状模的齿Ⅳ相对；右下梳状模与右上梳状模通过齿、齿间和右导柱呈滑动配合，且在厚度方向的一侧形成光滑的工作平面，该工作平面与左下梳状模、左上梳状模在厚度方向形成的光滑工作平面相对。

8.按照权利要求1所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，其特征在于，左下梳状模的两侧和中间突出部分各开设一个双头螺栓通孔Ⅰ，右下梳状模的两侧和中间突出部分各开设一个双头螺栓通孔Ⅲ，双头螺栓通孔Ⅰ与双头螺栓通孔Ⅲ相对应，供双头螺栓穿过；

左上梳状模的两侧和中间突出部分各开设一个双头螺栓通孔Ⅱ，右上梳状模的两侧和中间突出部分各开设一个双头螺栓通孔Ⅳ，双头螺栓通孔Ⅱ与双头螺栓通孔Ⅳ相对应，供双头螺栓穿过。

9.按照权利要求1所述的防止薄板平面内压缩失稳的夹持装置，其特征在于，左下梳状模上开设两个供顶出螺栓穿过的顶出螺栓通孔Ⅰ，左上梳状模上开设两个供顶出螺栓穿过的顶出螺栓通孔Ⅱ。