CN104865059B - 螺纹紧固件头部韧性试验装置、试验方法及试验工装 - Google Patents

Abstract

本发明涉及螺纹紧固件头部韧性试验装置、试验方法及试验工装。其中螺纹紧固件头部韧性试验装置包括用于支撑被测螺纹紧固件的紧固件基座和用于对被测螺纹紧固件头部施加载荷的加载装置，紧固件基座上设有杆部插孔，杆部插孔的入口端设有用于支撑被测螺纹紧固件头部朝向螺杆一侧的端面的头部支撑结构，螺纹紧固件头部韧性试验装置还包括用于支撑在被测螺纹紧固件头部与加载装置的施压端之间的加载轴，加载轴的直径为被测螺纹紧固件的杆部直径的0.8~1倍。试验时，螺纹紧固件仅头部需要承载试验载荷，从而实现对实际使用状况的模拟，同时，试验时不需要对螺纹紧固件模拟实际的拧紧过程，操作方便、快捷，试验效率高，作业强度低。

Description

螺纹紧固件头部韧性试验装置、试验方法及试验工装

技术领域

本发明涉及螺纹紧固件头部韧性试验装置、试验方法及试验工装。

背景技术

目前，随着航空航天领域的飞速发展，已经有越来越多的人选择飞机作为交通工具，而我国各大航空公司的大型客机主要来自进口的波音、空客公司生产的飞机。根据国家发展需要，自行设计生产国产民用大型客机的需求迫在眉睫，民用飞机的发展关系着中国的国计民生，而为了保证乘客安全，用于客机上的紧固件需要符合严格的标准。例如飞机上常用的沉头螺栓，其头部韧性对其性能有着重要影响，头部失效会导致重大安全问题，因此需要对沉头螺栓的头部韧性进行严格的试验。

申请号为201029068075.8、授权公告号为CN 201653829 U的中国专利公开了一种螺钉头部韧性测试装置，包括底座和固定在底座上的测试台，其中测试台构成用于支撑螺纹紧固件的紧固件基座。底座上还固定有支撑轴，支撑轴上部设置有悬伸的连接板，连接板上设有竖直延伸的通孔，通孔内沿竖直方向导向装配有升降轴，升降轴下端固定有饼状铁块作为重物，构成加载装置。测试时，将螺钉放在测试台上，将支撑轴和其下端的重物抬升一定高度并释放，使重物和升降轴快速下降撞击螺钉的头部，完成一次测试。现有的上述测量装置需要根据螺钉的规格选择合适的重物，重物的撞击产生的冲击力不易准确量化，并且螺钉无法实现定位，难以模拟螺钉在实际使用过程中的受力，因此测试结果不能为螺钉的实际使用提供准确的参考意义，无法保证螺钉使用过程中的可靠性，不利于对产品性能的控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺纹紧固件头部韧性试验装置，能够模拟螺纹紧固件的实际使用状况对螺纹紧固件头部的韧性进行试验；同时，本发明还提供了一种螺纹紧固件头部韧性试验方法及上述螺纹紧固件头部韧性试验装置使用的螺纹紧固件头部韧性试验工装。

本发明中螺纹紧固件头部韧性试验装置采用的技术方案是：螺纹紧固件头部韧性试验装置，包括用于支撑被测螺纹紧固件的紧固件基座和用于对被测螺纹紧固件头部施加载荷的加载装置，所述紧固件基座上设有供被测螺纹紧固件的杆部插入的杆部插孔，所述杆部插孔的入口端设有用于支撑被测螺纹紧固件头部朝向螺杆一侧的端面的头部支撑结构，所述螺纹紧固件头部韧性试验装置还包括用于支撑在被测螺纹紧固件头部与所述加载装置的施压端之间的加载轴，所述加载轴的直径为被测螺纹紧固件的杆部直径的0.8~1倍。

所述头部支撑结构是由设置在所述杆部插孔的入口端的锥形孔段形成，所述锥形孔段具有形状与相应沉头形式的被测螺纹紧固件头部朝向螺杆一侧的端面的形状完全吻合的环形锥面。

所述紧固件基座为回转体结构，其设有头部支撑结构的一端设有凸缘，所述凸缘具有用于支撑在相应的支撑座上的下支撑面。

所述杆部插孔的直径大于相应被测螺纹紧固件的杆部直径0.002~0.006inch。

本发明中螺纹紧固件头部韧性试验方法采用的技术方案是：螺纹紧固件头部韧性试验方法，该方法包括以下步骤：步骤一、将被测螺纹紧固件的杆部插入紧固件基座上的杆部插孔内，并使被测螺纹紧固件头部朝向螺杆一侧的端面支撑在杆部插孔的入口端的头部支撑结构上；步骤二、将加载轴的一端支撑在被测螺纹紧固件头部并使加载轴与被测螺纹紧固件同轴布置；步骤三、使用加载装置对加载轴施加设定载荷，使被测螺纹紧固件头部沿轴向对应于被测螺纹紧固件的杆部的部分连同被测螺纹紧固件的杆部一起与被测螺纹紧固件头部的其他部分分离。

所述头部支撑结构是由设置在所述杆部插孔的入口端的锥形孔段形成，所述锥形孔段具有形状与相应沉头形式的被测螺纹紧固件头部朝向螺杆一侧的端面的形状完全吻合的环形锥面。

本发明中螺纹紧固件头部韧性试验工装采用的技术方案是：螺纹紧固件头部韧性试验工装，包括用于支撑被测螺纹紧固件的紧固件基座，所述紧固件基座上设有供被测螺纹紧固件的杆部插入的杆部插孔，所述杆部插孔的入口端设有用于支撑被测螺纹紧固件头部朝向螺杆一侧的端面的头部支撑结构，所述螺纹紧固件头部韧性试验工装还包括用于支撑在被测螺纹紧固件头部与相应加载装置的施压端之间的加载轴，所述加载轴的直径为被测螺纹紧固件的杆部直径的0.8~1倍。

所述头部支撑结构是由设置在所述杆部插孔的入口端的锥形孔段形成，所述锥形孔段具有形状与相应沉头形式的被测螺纹紧固件头部朝向螺杆一侧的端面的形状完全吻合的环形锥面。

所述紧固件基座为回转体结构，其设有头部支撑结构的一端设有凸缘，所述凸缘具有用于支撑在相应的支撑座上的下支撑面。

所述杆部插孔的直径大于相应被测螺纹紧固件的杆部直径0.002~0.006inch。

本发明采用上述技术方案，紧固件基座上设置的杆部插孔能够供被测螺纹紧固件的杆部插入，而所述杆部插孔的入口端设置的头部支撑结构能够支撑被测螺纹紧固件头部朝向螺杆一侧的端面，所述螺纹紧固件头部韧性试验装置还包括用于支撑在被测螺纹紧固件头部与所述加载装置的施压端之间的加载轴，所述加载轴的直径为被测螺纹紧固件的杆部直径的0.8~1倍，因此，试验时螺纹紧固件仅头部需要承载试验载荷，从而实现对实际使用状况的模拟，同时，试验时不需要对螺纹紧固件模拟实际的拧紧过程，操作方便、快捷，试验效率高，作业强度低。

附图说明

图1是本发明中螺纹紧固件头部韧性试验工装的一个实施例中紧固件基座的结构示意图；

图2是本发明中螺纹紧固件头部韧性试验工装的一个实施例中加载轴的结构示意图；

图3是本发明中螺纹紧固件头部韧性试验装置的试验状态示意图；

图4是螺纹紧固件被破坏后的状态示意图。

图中各附图标记对应的名称为：10-紧固件基座，11-杆部插孔，12-锥形孔段，13-凸缘，14-下支撑面，20-加载轴，30-沉头螺栓，31-杆部，32-头部。

具体实施方式

本发明中螺纹紧固件头部韧性试验工装的一个实施例如图1~图4所示，是一种用于对飞机上使用的沉头螺栓30进行韧性试验的工装，包括用于支撑被测沉头螺栓30的紧固件基座10和对应于该规格的沉头螺栓30设置的加载轴20。

紧固件基座10为回转体结构，顶部设有凸缘13，凸缘13具有用于支撑在相应的支撑座上的下支撑面14，形成法兰结构。使用时，紧固件基座10能够插设到相应支撑座上的对应定位插孔内，并依靠下支撑面14和外周面定位，结构简单，便于加工，装卸方便，能够通过更换不同规格的紧固件基座10适应不同规格的沉头螺栓30。紧固件基座10的中心设有轴向延伸的供被测沉头螺栓30的杆部31插入的杆部插孔11，杆部插孔11的入口端具有锥形孔段12，该锥形孔段12具有形状与该规格的被测沉头螺栓30的头部32朝向螺杆一侧的端面的形状完全吻合的环形锥面，构成头部支撑结构。试验时，被测沉头螺栓30的头部32的下端面能够与该环形锥面贴合配合，支撑稳定，受力均匀。杆部插孔11的直径大于相应被测沉头螺栓30的杆部31的直径0.002~0.006inch，沉头螺栓30插入杆部插孔11后，两者之间会形成0.001~0.003inch的间隙，确保沉头螺栓30的杆部31不与紧固件基座10接触，避免影响试验结果。

加载轴20为圆柱体结构，直径与相应被测沉头螺栓30的杆部31直径相近，为相应被测沉头螺栓30的杆部31直径的0.8~1倍，用于支撑在被测沉头螺栓30的头部32的外侧端面与相应加载装置的施压端之间。试验时，该加载轴20可以直接支撑在沉头螺栓30上，也可以使用相应的装夹机构装夹后对准沉头螺栓30，与沉头螺栓30同轴布置；加载过程中，加载轴20起到向沉头螺栓30的头部32的中心位置传递作用力的作用，能够通过对被测沉头螺栓30的头部32外侧施加载荷模拟沉头螺栓30的实际使用状态。

使用上述螺纹紧固件头部韧性试验装置对被测沉头螺栓30的头部32韧性进行试验时，根据被测沉头螺栓30规格选择合适的紧固件基座10，并将该紧固件基座10插设到相应支撑座上的对应定位插孔内实现定位；然后，将被测沉头螺栓30的杆部31插入紧固件基座10上的杆部插孔11内，并使被测沉头螺栓30的头部32朝向螺杆一侧的端面支撑在杆部插孔11的入口端的环形锥面上；接着，将加载轴20的一端支撑在被测沉头螺栓30的头部32并使加载轴20与被测沉头螺栓30同轴布置，接着，使用加载装置对加载轴20施加载荷，使被测沉头螺栓30的头部32沿轴向对应于被测沉头螺栓30的杆部31的部分连同被测沉头螺栓30的杆部31一起与被测沉头螺栓30的头部32的其他部分分离，在头部32上形成通孔，使沉头螺栓30被破坏，根据此时的载荷大小即可判定螺栓的头部32韧性，不需要对沉头螺栓30模拟实际的拧紧过程即可能够模拟沉头螺栓30的实际使用状况，操作方便、快捷，试验效率高，作业强度低。本发明中螺纹紧固件头部韧性试验方法的一个实施例即上述螺纹紧固件头部韧性试验装置的使用方法，此处不再赘述。

本发明中螺纹紧固件头部韧性试验装置的一个实施例包括用于支撑被测螺纹紧固件的紧固件基座10、用于对被测螺纹紧固件头部32施加载荷的加载装置和用于支撑在被测螺纹紧固件头部32与所述加载装置的施压端之间的加载轴20，紧固件基座10和加载轴20即上述螺纹紧固件头部韧性试验工装的实施例中的紧固件基座10和加载轴20，加载装置采用现有技术中普遍使用的压力机，操作简便，设备成本低。当然，在其他实施例中，加载装置可以替换为其他形式，例如背景技术中采用的重锤形式的加载装置。

在上述实施例中，被测螺纹紧固件为沉头螺栓30，头部支撑结构是由锥形孔段12的环形锥面形成，并且该环形锥面的形状与相应沉头形式的被测螺纹紧固件头部32的内侧端面完全吻合。在本发明的其他实施例中，被测螺纹紧固件可以为沉头螺钉，而头部支撑结构也可以替换为其他形式，例如与被测螺纹紧固件头部32的内侧端面部分吻合的环形锥面。另外，紧固件基座10也可以替换为其他形式，例如轴向尺寸大于螺纹紧固件轴向长度的紧固件基座，该紧固件基座能够供被测螺纹紧固件的杆部31完全插入并使被测螺纹紧固件的头部32支撑在头部支撑结构上即可。

Claims (10)

1.螺纹紧固件头部韧性试验装置，包括用于支撑被测螺纹紧固件的紧固件基座和用于对被测螺纹紧固件头部施加载荷的加载装置，其特征在于：所述紧固件基座上设有供被测螺纹紧固件的杆部插入的杆部插孔，在被测螺纹紧固件杆部插入杆部插孔后，被测螺纹紧固件的杆部不与紧固件基座接触，所述杆部插孔的入口端设有用于支撑被测螺纹紧固件头部朝向螺杆一侧的端面的头部支撑结构，所述螺纹紧固件头部韧性试验装置还包括用于支撑在被测螺纹紧固件头部与所述加载装置的施压端之间的加载轴，所述加载轴的直径为被测螺纹紧固件的杆部直径的0.8~1倍，在试验时，加载轴与被测螺纹紧固件头部同轴布置。

2.根据权利要求1所述的螺纹紧固件头部韧性试验装置，其特征在于：所述头部支撑结构是由设置在所述杆部插孔的入口端的锥形孔段形成，所述锥形孔段具有形状与相应沉头形式的被测螺纹紧固件头部朝向螺杆一侧的端面的形状完全吻合的环形锥面。

3.根据权利要求1或2所述的螺纹紧固件头部韧性试验装置，其特征在 于：所述紧固件基座为回转体结构，其设有头部支撑结构的一端设有凸缘，所述凸缘具有用于支撑在相应的支撑座上的下支撑面。

4.根据权利要求1或2所述的螺纹紧固件头部韧性试验装置，其特征在于：所述杆部插孔的直径大于相应被测螺纹紧固件的杆部直径0.002~0.006inch。

5.使用如权利要求1所述的螺纹紧固件头部韧性试验装置的螺纹紧固件头部韧性试验方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、将被测螺纹紧固件的杆部插入紧固件基座上的杆部插孔内，并使被测螺纹紧固件头部朝向螺杆一侧的端面支撑在杆部插孔的入口端的头部支撑结构上； 步骤二、将加载轴的一端支撑在被测螺纹紧固件头部并使加载轴与被测螺纹紧固件同轴布置； 步骤三、使用加载装置对加载轴施加设定载荷，使被测螺纹紧固件头部沿轴向对应于被测螺纹紧固件的杆部的部分连同被测螺纹紧固件的杆部一起与被测螺纹紧固件头部的其他部分分离。

6.根据权利要求5所述的螺纹紧固件头部韧性试验方法，其特征在于：所述头部支撑结构是由设置在所述杆部插孔的入口端的锥形孔段形成，所述锥形孔段具有形状与相应沉头形式的被测螺纹紧固件头部朝向螺杆一侧的端面的形状完全吻合的环形锥面。

7.螺纹紧固件头部韧性试验工装，包括用于支撑被测螺纹紧固件的紧固件基座，其特征在于：所述紧固件基座上设有供被测螺纹紧固件的杆部插入的杆部插孔，在被测螺纹紧固件杆部插入杆部插孔后，被测螺纹紧固件的杆部不与紧固件基座接触，所述杆部插孔的入口端设有用于支撑被测螺纹紧固件头部朝向螺杆一侧的端面的头部支撑结构，所述螺纹紧固件头部韧性试验工装还包括用于支撑在被测螺纹紧固件头部与相应加载装置的施压端之间的加载轴，所述加载轴的直径为被测螺纹紧固件的杆部直径的0.8~1倍，在试验时，加载轴与被测螺纹紧固件头部同轴布置。

8.根据权利要求7所述的螺纹紧固件头部韧性试验工装，其特征在于：所述头部支撑结构是由设置在所述杆部插孔的入口端的锥形孔段形成，所述锥形孔段具有形状与相应沉头形式的被测螺纹紧固件头部朝向螺杆一侧的端面的形状完全吻合的环形锥面。

9.根据权利要求7或8所述的螺纹紧固件头部韧性试验工装，其特征在于：所述紧固件基座为回转体结构，其设有头部支撑结构的一端设有凸缘，所述凸缘具有用于支撑在相应的支撑座上的下支撑面。

10.根据权利要求7或8所述的螺纹紧固件头部韧性试验工装，其特征在于：所述杆部插孔的直径大于相应被测螺纹紧固件的杆部直径0.002~0.006inch。