CN104502203A - 一种金属薄板电流辅助微拉伸力学性能测试装置 - Google Patents

Abstract

一种金属薄板电流辅助微拉伸力学性能测试装置，它涉及一种力学性能测试装置。本发明为了解决目前国内外没有相关资料可参考，需要解决微拉伸夹具的通电与绝缘、微小试样的夹持形式、试样温度控制与采集、电流参数采集的问题。本发明的力传感器安装在万能材料试验机移动横梁下部，两组夹具体对称安装在万能材料试验机上，微拉伸试样安装在两组夹具体之间，脉冲电源的两端分别通过一个紫铜电极与两组夹具体连接，数字储存型示波器通过霍尔电流探头与脉冲电源连接，脉冲电源、两个紫铜电极、两组夹具体和微拉伸试样之间形成回路，红外热像仪和工业吹风机通过支架安装在万能材料试验机的两侧。本发明用于电流辅助微拉伸力学性能测试。

Description

一种金属薄板电流辅助微拉伸力学性能测试装置

技术领域

本发明涉及一种微拉伸力学性能测试装置，具体涉及一种金属薄板电流辅助微拉伸力学性能测试装置，属于微拉伸力学性能测试领域。

背景技术

材料在电的作用下，变形抗力降低，塑性提高，称为电塑性效应。自上世纪60年代电塑性效应发现以来，国内外学者开展了大量关于电塑性机制及其成形工艺的研究。与传统的温热成形加工工艺相比，电流辅助塑性成形工艺具有成形周期短、节能、环保等优越性。目前，国内的清华大学和燕山已经各自研制了电塑性拉拔装置，上海交通大学也开发了电塑性滚压包边装置。然而，关于将电致塑性效应引入微成形工艺研究的报道较少。电流辅助微拉伸力学性能测试装置是研究电流辅助微成形电塑性效应的主要设备，目前国内外没有相关资料可参考，需要解决微拉伸夹具的通电与绝缘、微小试样的夹持形式、试样温度控制与采集、电流参数采集的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前国内外没有相关资料可参考，需要解决微拉伸夹具的通电与绝缘、微小试样的夹持形式、试样温度控制与采集、电流参数采集的问题，进而提供一种金属薄板电流辅助微拉伸力学性能测试装置。

本发明的技术方案是：一种金属薄板电流辅助微拉伸力学性能测试装置包括单向拉伸试验装置、电流发生及电参数采集装置和温控及温度采集装置，所述单向拉伸试验装置包括两组夹具体、力传感器和万能材料试验机，力传感器安装在万能材料试验机移动横梁下部，两组夹具体通过销钉连接对称安装在万能材料试验机上，微拉伸试样安装在两组夹具体之间，电流发生及电参数采集装置包括脉冲电源、数字储存型示波器、霍尔电流探头和两个紫铜电极，脉冲电源的两端分别通过一个紫铜电极与两组夹具体连接，数字储存型示波器通过霍尔电流探头与脉冲电源连接，脉冲电源、两个紫铜电极、两组夹具体和微拉伸试样之间形成回路，温控及温度采集装置包括红外热像仪和工业吹风机，红外热像仪和工业吹风机通过支架安装在万能材料试验机的两侧。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明的夹具体的绝缘采用具有优良电气绝缘性能(普通产品的耐电压击穿指标就高达20KV/mm)、耐高温(可在800-1000℃长期使用)的硬质云母板，定位结构采用氧化铝陶瓷圆柱销，具有安全可靠的优点。

2、本发明的夹具结构简单，夹持牢固：夹具结构采用楔形夹紧结构，与对夹夹具相比，虽然初始夹紧力小些，但夹紧力随试验力增加而增加；左楔形夹块和右楔形夹块夹持平面作齿纹处理以增加微拉伸试样与楔形夹块之间的静摩擦力系数，静摩擦力系数在0.35-0.5之间。

3、本发明采用强迫风冷对电流辅助拉伸试样冷却，由于微拉伸试样表面积与体积比明显增大，因此冷却效果显著。

4、本发明采用非接触式温度测量，与传统热电偶测温相比，能够获得试样整体的温度场分布云图，测量结果准确、直观、方便。

5、本发明的电流辅助微拉伸力学性能测试装置集电辅助微拉伸试验装置、数据采集装置为一体，结构更加紧凑。

6、本发明利用电流发生器的直流和脉冲电流输出能够分别实现电流辅助加热微拉伸力学性能测试和金属薄板微拉伸纯电致塑性效应测试。

附图说明

图1为电辅助微拉伸力学性能测试系统的结构与工作原理示意图。

图2为微拉伸夹具的纵剖面半剖视图。

图3为微拉伸夹具通电方式示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式的一种金属薄板电流辅助微拉伸力学性能测试装置包括单向拉伸试验装置1、电流发生及电参数采集装置2和温控及温度采集装置3，所述单向拉伸试验装置1包括两组夹具体1-1、力传感器1-2和万能材料试验机1-4，力传感器1-2安装在万能材料试验机1-4移动横梁下部，两组夹具体1-1通过销钉连接对称安装在万能材料试验机1-4上，微拉伸试样1-3安装在两组夹具体1-1之间，电流发生及电参数采集装置2包括脉冲电源2-1、数字储存型示波器2-2、霍尔电流探头2-3和两个紫铜电极2-4，脉冲电源2-1的两端分别通过一个紫铜电极2-4与两组夹具体1-1连接，数字储存型示波器2-2通过霍尔电流探头2-3与脉冲电源2-1连接，脉冲电源2-1、两个紫铜电极2-4、两组夹具体1-1和微拉伸试样1-3之间形成回路，温控及温度采集装置3包括红外热像仪3-1和工业吹风机3-2，红外热像仪3-1和工业吹风机3-2通过支架安装在万能材料试验机1-4的两侧。

本实施方式中套在回路导线上的霍尔电流探头2-3为非接触式大电流检测元件，具有精度高、线性好、响应快等优点，能够将上述回路中的电流转换成与其成正比的几伏特电压信号，然后显示在示波器2-2上，根据电压波形经换算即可获得(峰值)电流、脉冲宽度等电流参数。红外热像仪3-1能够接受微拉伸试样1-3的红外辐射能量分布图形进而获得红外热像图，其与物体表面的热分布场相对应，达到非接触测量试样温度的目的。工业吹风机3-2用来加快试样表面空气流动，促进试样与空气的热交换，达到降低试样温度的目的。电辅助微拉伸试验在万能材料试验机1-4上进行，通过试验机本身的位移与力测量装置获得力学性能实验数据。设置单脉冲电源的输出电流I(A)、频率f(Hz)、占空比u(％)。脉冲电源2-1与万能材料试验机1-4同时启动，实验结束后断开脉冲电源2-1和停止万能材料试验机1-4。这就实现了电辅助微拉伸实验及其相关实验参数的采集。

具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式的两组夹具体1-1中的每组夹具体1-1均包括压板1-1-1、云母绝缘板1-1-2、右楔形夹块1-1-3、挡板1-1-4、下夹具体1-1-6、左楔形夹块1-1-7、上夹具体1-1-12、两个第一绝缘套管1-1-9、第二绝缘套管1-1-11和两个氧化铝陶瓷绝缘圆锥销1-1-8。

压板1-1-1旋合在下夹具体1-1-6的螺纹孔上，上夹具体1-1-12通过两个内六角螺栓1-1-10与下夹具体1-1-6紧固连接，云母绝缘板1-1-2设置在上夹具体1-1-12和下夹具体1-1-6之间，且上夹具体1-1-12和下夹具体1-1-6通过两个氧化铝陶瓷绝缘圆锥销1-1-8定位，每个第一绝缘套管1-1-9套装在一个内六角螺栓1-1-10上将上夹具体1-1-12和下夹具体1-1-6分隔，第二绝缘套管1-1-11套装在压板1-1-1上，左楔形夹块1-1-7和右楔形夹块1-1-3扣合在压板1-1-1下部并与下夹具体1-1-6的斜面配合安装，挡板1-1-4固定在下夹具体1-1-6上。如此设置，便于夹持微拉伸试样1-3。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

本实施方式的氧化铝陶瓷绝缘圆柱销1-1-8起到定位的作用，保证上、下夹具体中心轴线重合。

本实施方式的挡板1-1-4由内六角螺钉1-1-5固定在下夹具体1-1-6上，限制左楔形夹块1-1-7和右楔形夹块1-1-3的水平方向自由度。对压板1-1-1施加适中拧紧力矩使压板沿Z轴负向运动，对左楔形夹块1-1-7和右楔形夹块1-1-3施加正压力沿着下夹具体1-1-6的滑配斜面运动直到夹紧试样为止。

具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的左楔形夹块1-1-7和右楔形夹块1-1-3的夹持平面上设有齿纹。如此设置，增加微拉伸试样与楔形夹块之间的静摩擦力系数。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式的左楔形夹块1-1-7和右楔形夹块1-1-3的楔形角均为10°。如此设置，便于与下夹具体1-1-6的斜面配合安装。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图3说明本实施方式，本实施方式的左楔形夹块1-1-7和右楔形夹块1-1-3的底面均开有凹槽，两个紫铜电极2-4分别通过一个销钉1-1-13紧固在左楔形夹块1-1-7和右楔形夹块1-1-3的所述凹槽内。如此设置，便于紫铜电极2-4与单向拉伸试验装置1的连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式的第一绝缘套管1-1-9和第二绝缘套管1-1-11与上夹具体1-1-12之间均采用过渡配合。如此设置，防止电流通过内六角螺钉1-1-10、上夹具体1-1-12流入万能材料试验机破坏实验设备，与绝缘套管1-1-11作用相同。这就起到了夹具1-1与万能材料试验机1-4安全绝缘的目的。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

本发明的使用过程是：

(1)试样夹持。夹具体1-1上压板1-1-1与下夹具体1-1-6螺纹连接，旋转压板1-1-1推动左楔形夹块1-1-7和右楔形夹块1-1-3沿下夹具体1-1-6的斜面向下运动，通过斜楔夹紧机构达到对试样1-3的夹紧；

(2)电流发生及其参数采集。脉冲电源2-1能够产生直流与矩形波单脉冲电流，通过导线、固定在左楔形夹块1-1-7和右楔形夹块1-1-3上的紫铜电极2-4和夹具体1-1形成回路。电流参数由示波器2-2和霍尔电流探头2-3采集，套在回路导线上的霍尔电流探头2-3为非接触式大电流检测元件，能够将上述回路中的电流转换成与其成正比的几伏特电压信号，然后显示在示波器2-2上，根据电压波形经换算即可获得(峰值)电流、脉冲宽度等电流参数。

(3)温控及温度数据采集。红外热像仪3-1能够接受试样1-3的红外辐射能量分布图形进而获得红外热像图，其与物体表面的热分布场相对应，达到非接触测量试样温度的目的。为了避免金属试样各部分光泽不同引起发射率差异，造成测量错误，须在试样表面涂覆相同发射率的高温黑色涂料，并用热电偶进行温度校准。工业吹风机3-2用来加快试样表面空气流动，促进试样与空气的热量交换，达到降低试样温度的目的。

(4)电辅助微拉伸试验。试样通电后，在万能材料试验机1-4上进行微拉伸试验，通过试验机本身的位移与力传感器获得力学性能实验数据。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种金属薄板电流辅助微拉伸力学性能测试装置，其特征在于：它包括单向拉伸试验装置(1)、电流发生及电参数采集装置(2)和温控及温度采集装置(3)，所述单向拉伸试验装置(1)包括两组夹具体(1-1)、力传感器(1-2)和万能材料试验机(1-4)，力传感器(1-2)安装在万能材料试验机(1-4)移动横梁下部，两组夹具体(1-1)通过销钉连接对称安装在万能材料试验机(1-4)上，微拉伸试样(1-3)安装在两组夹具体(1-1)之间，电流发生及电参数采集装置(2)包括脉冲电源(2-1)、数字储存型示波器(2-2)、霍尔电流探头(2-3)和两个紫铜电极(2-4)，脉冲电源(2-1)的两端分别通过一个紫铜电极(2-4)与两组夹具体(1-1)连接，数字储存型示波器(2-2)通过霍尔电流探头(2-3)与脉冲电源(2-1)连接，脉冲电源(2-1)、两个紫铜电极(2-4)、两组夹具体(1-1)和微拉伸试样(1-3)之间形成回路，温控及温度采集装置(3)包括红外热像仪(3-1)和工业吹风机(3-2)，红外热像仪(3-1)和工业吹风机(3-2)通过支架安装在万能材料试验机(1-4)的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种金属薄板电流辅助微拉伸力学性能测试装置，其特征在于：两组夹具体(1-1)中的每组夹具体(1-1)均包括压板(1-1-1)、云母绝缘板(1-1-2)、右楔形夹块(1-1-3)、挡板(1-1-4)、下夹具体(1-1-6)、左楔形夹块(1-1-7)、上夹具体(1-1-12)、两个第一绝缘套管(1-1-9)、第二绝缘套管(1-1-11)和两个氧化铝陶瓷绝缘圆锥销(1-1-8)，

压板(1-1-1)旋合在下夹具体(1-1-6)的螺纹孔上，上夹具体(1-1-12)通过两个内六角螺栓(1-1-10)与下夹具体(1-1-6)紧固连接，云母绝缘板(1-1-2)设置在上夹具体(1-1-12)和下夹具体(1-1-6)之间，且上夹具体(1-1-12)和下夹具体(1-1-6)通过两个氧化铝陶瓷绝缘圆锥销(1-1-8)定位，每个第一绝缘套管(1-1-9)套装在一个内六角螺栓(1-1-10)上将上夹具体(1-1-12)和下夹具体(1-1-6)分隔，第二绝缘套管(1-1-11)套装在压板(1-1-1)上，左楔形夹块(1-1-7)和右楔形夹块(1-1-3)扣合在压板(1-1-1)下部并与下夹具体(1-1-6)的斜面配合安装，挡板(1-1-4)固定在下夹具体(1-1-6)上。

3.根据权利要求1所述的一种金属薄板电流辅助微拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述左楔形夹块(1-1-7)和右楔形夹块(1-1-3)的夹持平面上设有齿纹。

4.根据权利要求3所述的一种金属薄板电流辅助微拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述左楔形夹块(1-1-7)和右楔形夹块(1-1-3)的楔形角均为10°。

5.根据权利要求4所述的一种金属薄板电流辅助微拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述左楔形夹块(1-1-7)和右楔形夹块(1-1-3)的底面均开有凹槽，两个紫铜电极(2-4)分别通过一个销钉(1-1-13)紧固在左楔形夹块(1-1-7)和右楔形夹块(1-1-3)的所述凹槽内。

6.根据权利要求2或5所述的一种金属薄板电流辅助微拉伸力学性能测试装置，其特征在于：第一绝缘套管(1-1-9)和第二绝缘套管(1-1-11)与上夹具体(1-1-12)之间均采用过渡配合。