CN105352793A - 一种用于航空金属材料剪切试验的夹具及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种夹具，具体涉及一种用于航空金属材料剪切试验的夹具及其应用。本发明的技术方案为，包括上夹具和下夹具，上夹具设有放样槽一和上剪切刀口，放样槽一设置于上夹具的下端面中间，上剪切刀口设置于放样槽一的两端；下夹具包括底座和支架，所述支架设置在所述底座上，所述支架设有放样槽二、下剪切刀口、剪切腔和退样腔，放样槽二和剪切腔设置在所述支架的上部，放样槽二与剪切腔呈十字交叉设置，下剪切刀口设置于放样槽二与剪切腔的交叉部位，退样腔设置于剪切腔的下方。本发明能够实现大规格紧固件、线材和小型棒材室温和高温的剪切试验，完善金属材料剪切试验方法，获得准确的抗剪性能试验数据，填补检测空白。

Description

一种用于航空金属材料剪切试验的夹具及其应用

技术领域

本发明涉及一种夹具，具体涉及一种用于航空金属材料剪切试验的夹具及其应用。

背景技术

以往紧固件室温剪切试验都是采用静拉伸力，通过相应的剪切夹具，使垂直于试样纵轴的一个横截面受剪，或相距有限的两个横截面对称受剪，测定金属材料的抗剪性能指标。剪切试验使用的工装通常是板状或套筒夹具。板状夹具由于连接繁琐，存在同轴度不易保证。剪切夹具支撑臂较薄，抗拉强度低，只适用于小规格的试样件，试验夹具易损坏不耐用，维修困难，试验成本较高。套筒夹具可承受较大规格的紧固件剪切，但存在试验件剪切面不平整，剪切口变形后无法维修的问题，试验的精度差，试验的可靠性无法保证。经分析和实践，按Q/2S518-2002《螺拴、螺钉和螺柱技术条件》和GJB715.26《紧固件试验方法双剪》之规定采用静压缩力的方式，配合研制的专用工装进行室温和高温剪切试验。方案的制定和实施经过了科学分析、技术创新、反复修改、验证等阶段，新检测方法已在生产中应用。由于使用该方法所得到的各项技术指标符合技术规定，操作简单方便，检测效率高，试验数据稳定。因此，降低了试验成本，缩短了试验周期，并提高了试验的可靠性。但该工装目前只适合常用的几种规格的紧固件剪切试验，存在如下的技术问题：

⑴夹具不能满足大规格(φ＞10mm)紧固件、线材和棒材的剪切试验需求。板型夹具受紧固件长度尺寸较小的限制，夹具两侧支撑臂和中间拉板做得较薄，易变形和损坏，尽管断后的试样外形符合标准要求，但只能用于小规格的紧固件剪切，不适合剪切强度较高的大规格紧固件试验。

⑵存在静态拉伸方式剪切同轴度无法保证的问题。由于安装板型夹具时，需要先连接转接杆，再由转接杆连接在试验机的夹块上。试验连接环节繁琐，同轴度不易保证。

⑶夹具强度低，易变形和损坏。剪切夹具应具有良好的韧性，且要有较高的硬度，即刚度才能满足使用需求。板型夹具各个部分较薄，强度必定较低，夹具容易变形。单靠提高硬度来提升强度会使夹具变脆，多次使用刀口易损坏。

⑷试样剪切后剪切面不平整。套筒夹具支撑臂可做得较厚，强度高耐用，可剪切大规格的紧固件。但剪切后的试样剪切面带有圆弧，断后的试样外形不符合GJB715.26标准要求。

发明内容

本发明提供一种用于航空金属材料剪切试验的夹具及其应用，实现大规格紧固件、线材和小型棒材室温和高温的剪切试验，完善金属材料剪切试验方法，获得准确的抗剪性能试验数据，填补检测空白。

本发明的技术方案如下：

一种用于航空金属材料剪切试验的夹具，包括上夹具和下夹具，上夹具设有放样槽一和上剪切刀口，放样槽一设置于上夹具的下端面中间，上剪切刀口设置于放样槽一的两端；下夹具包括底座和支架，所述支架设置在所述底座上，所述支架设有放样槽二、下剪切刀口、剪切腔和退样腔，放样槽二和剪切腔设置在所述支架的上部，放样槽二与剪切腔呈十字交叉设置，下剪切刀口设置于放样槽二与剪切腔的交叉部位，退样腔设置于剪切腔的下方。

所述的用于航空金属材料剪切试验的夹具，其优选方案为，上夹具与剪切腔的尺寸相配合。

所述的用于航空金属材料剪切试验的夹具，其优选方案为，放样槽二的外端设置螺钉头部安放槽。

所述的用于航空金属材料剪切试验的夹具，其优选方案为，夹具材料为GH4049，热处理为950℃空冷时效，硬度为HB285～341。

一种利用上述的用于航空金属材料剪切试验的夹具的金属材料剪切试验方法，包括如下步骤：

1)调整好材料力学试验机的横梁初始位置，选定加载速率为1mm/min，符合GJB715.26标准要求；

2)测量金属材料剪切试样件的横截面积So，并记录；将下夹具安装在材料力学试验机载物基座上，放置金属材料剪切试样件于放样槽二内；

3)将上夹具的上剪切刀口中心对准金属材料剪切试样件的中心放置，移动材料力学试验机的横梁与上夹具轻微接触；

4)开始试验，施加载荷；安装选定的试验速率持续加载，直至金属材料剪切试验件被剪断，当金属材料剪切试验件被剪断的中间部分到达下夹具的退样腔时停止试验；

5)向上移动材料力学试验机的横梁，将夹具移出，取出金属材料剪切试样件；观察金属材料剪切试验件的被剪切面是否符合GJB715.26标准要求，如果符合，记录材料力学试验机载荷的最大值Fmax；如果不符合，则本次试验无效，取样重新试验；

6)计算剪切强度，用材料力学试验机载荷的最大值Fmax除以金属材料剪切试验件的横截面积So获得剪切强度τb，即τb＝Fmax/2So，填写原始记录，发出试验检测报告。

本发明的有益效果如下：

1、应用本发明的夹具，剪切试验时，静态拉伸方式变为压缩方式，夹具的上夹具、下夹具处于自由态，简化连接方式；通过施加初载荷自动找正力的轴线，保证试验的同轴度，解决了静态拉伸方式剪切同轴度无法保证的问题。

2、本发明的夹具强度高耐用，可剪切大规格的紧固件，解决了试样剪切后剪切面不平整的问题；采用耐高温材料，适用于高温剪切试验。

3、本发明的夹具设有退样腔，金属材料剪切试验件被剪断部分就不会卡在夹具中间，容易退出夹具。

4、本发明的夹具在其中设置了螺钉头部安放槽，以方便螺钉头部的放置，保证螺钉处于水平位置，能够满足不同长度成品螺钉的剪切需求。

5、本发明的夹具为下夹具设计了基座，增加与试验机载物台的接触面积，减小由于下夹具的安置不当，使夹具垂直的中心线与载荷的轴线同轴性不好而带来的试样件被压偏或压翻的现象发生，提高静压试验的稳定性。

附图说明

图1为上夹具的主视图；

图2为上夹具的侧视图；

图3为下夹具的主视图；

图4为下夹具的侧视图；

图5为下夹具的俯视图；

图6为金属材料剪切试样件安放在夹具上准备施加载荷的状态图；

图7为金属材料剪切试样件被剪断的状态图。

具体实施方式

如图1～5所示，一种用于航空金属材料剪切试验的夹具，包括上夹具1和下夹具，上夹具1设有放样槽一2和上剪切刀口3，放样槽一2设置于上夹具1的下端面中间，上剪切刀口3设置于放样槽一2的两端；下夹具包括底座4和支架5，所述支架5设置在所述底座4上，所述支架5设有放样槽二6、下剪切刀口8、剪切腔7和退样腔9，放样槽二6和剪切腔7设置在所述支架5的上部，放样槽二6与剪切腔7呈十字交叉设置，下剪切刀口8设置于放样槽二6与剪切腔7的交叉部位，退样腔9设置于剪切腔7的下方，放样槽二6的外端设置螺钉头部安放槽10；夹具材料为GH4049，热处理为950℃空冷时效，硬度为HB285～341。

如图1～7所示，一种金属材料剪切试验方法，利用上述的用于航空金属材料剪切试验的夹具，包括如下步骤：

1)调整好材料力学试验机的横梁初始位置，选定加载速率为1mm/min，符合GJB715.26标准要求；

2)测量金属材料剪切试样件的横截面积So，并记录；将下夹具安装在材料力学试验机载物基座上，放置金属材料剪切试样件11于放样槽二6内；

3)将上夹具1的上剪切刀口3中心对准金属材料剪切试样件11的中心放置，移动材料力学试验机的横梁与上夹具1轻微接触；

4)开始试验，施加载荷；安装选定的试验速率持续加载，直至金属材料剪切试验件11被剪断，当金属材料剪切试验件11被剪断的中间部分到达下夹具的退样腔9时停止试验；

5)向上移动材料力学试验机的横梁，将夹具移出，取出金属材料剪切试样件；观察金属材料剪切试验件的被剪切面是否符合GJB715.26标准要求，如果符合，记录材料力学试验机载荷的最大值Fmax；如果不符合，则本次试验无效，取样重新试验；

6)计算剪切强度，用材料力学试验机载荷的最大值Fmax除以金属材料剪切试验件的横截面积So获得剪切强度τb，即τb＝Fmax/2So，填写原始记录，发出试验检测报告。

Claims (5)

1.一种用于航空金属材料剪切试验的夹具，其特征在于，该夹具包括上夹具和下夹具，上夹具设有放样槽一和上剪切刀口，放样槽一设置于上夹具的下端面中间，上剪切刀口设置于放样槽一的两端；下夹具包括底座和支架，所述支架设置在所述底座上，所述支架设有放样槽二、下剪切刀口、剪切腔和退样腔，放样槽二和剪切腔设置在所述支架的上部，放样槽二与剪切腔呈十字交叉设置，下剪切刀口设置于放样槽二与剪切腔的交叉部位，退样腔设置于剪切腔的下方。

2.根据权利要求1所述的用于航空金属材料剪切试验的夹具，其特征在于，上夹具与剪切腔的尺寸相配合。

3.根据权利要求1所述的用于航空金属材料剪切试验的夹具，其特征在于，放样槽二的外端设置螺钉头部安放槽。

4.根据权利要求1所述的用于航空金属材料剪切试验的夹具，其特征在于，夹具材料为GH4049，热处理为950℃空冷时效，硬度为HB285～341。

5.一种利用如权利要求1～4之一所述的用于航空金属材料剪切试验的夹具的金属材料剪切试验方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)调整好材料力学试验机的横梁初始位置，选定加载速率为1mm/min，符合GJB715.26标准要求；

2)测量金属材料剪切试样件的横截面积So，并记录；将下夹具安装在材料力学试验机载物基座上，放置金属材料剪切试样件于放样槽二内；

3)将上夹具的上剪切刀口中心对准金属材料剪切试样件的中心放置，移动材料力学试验机的横梁与上夹具轻微接触；

4)开始试验，施加载荷；安装选定的试验速率持续加载，直至金属材料剪切试验件被剪断，当金属材料剪切试验件被剪断的中间部分到达下夹具的退样腔时停止试验；

5)向上移动材料力学试验机的横梁，将夹具移出，取出金属材料剪切试样件；观察金属材料剪切试验件的被剪切面是否符合GJB715.26标准要求，如果符合，记录材料力学试验机载荷的最大值Fmax；如果不符合，则本次试验无效，取样重新试验；

6)计算剪切强度，用材料力学试验机载荷的最大值Fmax除以金属材料剪切试验件的横截面积So获得剪切强度τb，即τb＝Fmax/2So，填写原始记录，发出试验检测报告。