CN105424471A - 基于模具技术的金属板材双向拉伸装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模具技术的金属板材双向拉伸装置，包括：工作台、摄像头、十字形试件、四组包含拉力传感器的拉伸机构、顶板、四组座式导向机构和计算机控制系统；通过向顶板施加向下的驱动力，使得顶板能通过四组座式导向机构向下运动，并带动四组拉伸机构在十字滑槽上向外运动，从而使得四组拉伸机构能对十字形试件形成四个方向上的拉伸结构；计算机控制系统通过摄像头和拉力传感器分别获取十字形试件的形变信号和所受拉力信号，从而计算获得十字形试件的应变和应力。本发明能实现不同比例同步加载，从而扩充了双向拉伸试验测试材料应力应变的实用性。

Description

基于模具技术的金属板材双向拉伸装置

技术领域

本发明涉及材料性能检测技术及设备技术领域，具体地说是一种双向拉伸试验装置。

背景技术

自板壳理论建立以来，越来越多的领域用到板壳结构，世界上不少科学家致力于研究双向受力结构，如航空和航天等方面的太空容器，其计算相当复杂，因而多方寻找“双向试验方法”。然而至今尚未很好解决这一课题。很大一部分原因就是双拉装置设计的复杂性。学者们在不同时期研究了不同类型的双向拉伸试验方法，如单向拉伸下的双拉试验，薄膜凸胀双拉试验，压力容器双拉试验，十字形试件双拉试验等。由于十字形试件双拉试验能最直观最直接得反应试件的双向受力状态，故其一经出现就吸引了众多的研究者。

到目前为止，双向拉伸试验还没有形成统一的标准和方法，主要有两大类：(1)基于单向拉伸试验进行双向拉伸试验。(2)采用两个或多个独立的驱动系统完成双向拉伸试验。

第一类主要包括分多次单向拉伸实现双向拉伸和设计相关机械结构完成双向拉伸试验。

l、基于单向拉伸试验进行双向拉伸试验。这种方法虽然可以达到不同的应变状态.但由于这种方法是分多次不同方向拉伸达到的，其应变路径无法控制。

2、设计相关机械机构完成双向拉伸试验。这种方法是多数研究人员的选择，但是该类装置结构复杂，可进行的试验载荷较小，且疲劳试验时容易造成试验装置的损坏。

第二类主要是采用相互独立的驱动系统进行双向拉伸试验，可实现不同比例加载实现不同的应变状态，但是该类装置结构复杂，成本较高，同步性控制较差，限制了该方法的应用。

发明内容

本发明为克服上述当前试验方法存在的不足之处，提供一种基于模具技术的金属板材双向拉伸装置，能实现不同比例同步加载，从而扩充了双向拉伸试验测试材料应力应变的实用性。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种基于模具技术的金属板材双向拉伸装置的特点包括：工作台、摄像头、十字形试件、四组包含拉力传感器的拉伸机构、顶板、四组座式导向机构和计算机控制系统；

所述工作台上设置有十字滑槽；在所述十字滑槽的四个方向上设置有所述四组拉伸机构；所述四组拉伸机构分别夹持所述十字形试件的四个端头；

所述摄像头置于所述工作台的十字滑槽中心处的凸台孔内，并位于所述十字形试件中心的正下方；

在所述工作台和顶板之间设置有所述四组座式导向机构，且任意一组座式导向机构位于相邻两组拉伸机构之间；

所述金属板材双向拉伸装置是通过向所述顶板施加向下的驱动力，使得所述顶板能通过所述四组座式导向机构向下运动，并带动所述四组拉伸机构在所述十字滑槽上向外运动，从而使得所述四组拉伸机构能对所述十字形试件形成四个方向上的拉伸结构；

所述计算机控制系统通过所述摄像头和所述拉力传感器分别获取所述十字形试件的形变信号和所受拉力信号，从而计算获得所述十字形试件的应变和应力。

本发明所述的基于模具技术的金属板材双向拉伸装置的特点也在于：

所述每组拉伸机构包含由导轨和滑块构成的线性滑轨、连接件、拉力传感器、夹具和模具；

所述模具包括一个上模架以及一个由下楔块可换件和下楔块基体构成的下模架；

所述线性滑轨设置在所述十字滑槽上；所述连接件分别与所述滑块和下楔块基体螺纹连接；在所述连接件上还设置有所述夹具；所述夹具与所述下楔块基体之间设置有所述拉力传感器；

在所述下楔块基体上连接有所述下楔块可换件，所述下楔块可换件与所述上模架之间为斜面接触式；所述上模架与顶板固定连接。

所述夹具包括手柄、螺杆、夹具上盖、夹具基体和四个楔块；

在所述夹具基体朝向所述十字形试件的一侧设置有一空腔，在所述空腔内设置有所述四个楔块；且所述四个楔块组成一长方体结构；在所述四个楔块的中部两个楔块间夹持有所述十字形试件；

所述螺杆穿过所述夹具上盖嵌入所述四个楔块的上部楔块中，并通过所述手柄旋转带动所述螺杆对处于所述中部两个楔块间的十字形试件形成夹紧结构。

所述螺杆和上部楔块的接触面为半球面。

每组座式导向机构包括导柱、动模导套座、定模导套座和垫块；

所述导柱的顶部设置有所述动模导套座，底部设置有所述定模导套座；

在所述动模导套座与所述顶板之间设置有所述垫块；

所述垫块和开设有内孔的动模导套座能在所述顶板的压力下沿着所述导柱向下平滑移动。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明利用模具技术设计了一种成本低、结构简单、易于维护、安装容易、同步性好、可实现不同比例加载的金属板材双向拉伸装置，不需任何复杂的机电驱动结构，避免了液压驱动装置所带来的性能不易控制，结构复杂，成本高等缺点，扩充了双向拉伸试验测试材料应力应变的实用性。

2、本发明线性滑轨采用滚柱型滚动体，可实现超高刚性与超重负荷能力，从而达到很好的试验精度；通过滚动体与导轨与滑块采用线接触方式，可实现四方向等高刚性、等高负荷能力。

3、本发明夹具结构由手柄、螺杆、销钉、夹具上盖、夹具基体和四个楔块组成，其中螺杆和楔块的接触面为半球面，很好得保证了夹具产生的夹紧力的均匀性。四个楔块组合可以简便有效得完成对试件的预夹紧。与试件上下表面直接接触的楔块的对应表面进行压花处理，可减小螺杆尺寸的同时提高夹紧能力。

4、本发明采用模具技术，四个上模架固定在同一个顶板上，四个下模架通过连接件分别与一个滑块固定，且四组线性滑轨固定在同一个工作台上，施加驱动力使顶板竖直向下运动，可得到水平面上前后方向和左右方向的同步加载，性能稳定，可以准确地实现对十字形试件的同步拉伸，提高了测试结果的精度。

5、本发明通过调用不同斜面倾角的上下模架可以得到水平面上前后方向和左右方向不同的加载比例，即得到X-Y方向不同的加载比例，实现双向拉伸试验十字形试件的复杂路径变比例加载；各组模具除斜面倾角不同外，其余结构尺寸完全相同，可实现恒定的拉伸速度。

6、本发明水平面上的前后方向和左右方向两组模具分别采用具有0度斜面倾角和45度斜面倾角的上、下模架，可实现一个方向拉伸，另一个方向不被拉伸也不会产生自然收缩现象的功能。

7、本发明采用座式导向结构，利用柱套的配合，保证上下模架的位置度关系，确保试验精度。

8、本发明采用与摄像头和传感器连接的计算机控制系统，实现实时采集、处理并显示试验过程中的数据及图形，能够有效控制试件失效时刻，得到更实用的试验数据。

9、本发明可安装在普通压力机上完成双向拉伸试验，应用范围较广。

附图说明

图1为本发明的整体结构的立体图(图中X轴为拉伸试验装置的左右方向，Y轴为拉伸试验装置的前后方向)；

图2为本发明的整体结构的全剖视图；

图3为本发明夹具的剖视图；

图中序号：1工作台；2导轨；3滑块；4连接件；5摄像头；6夹具上盖；7楔块；8螺杆；9手柄；10夹具基体；11拉力传感器；12下楔块基体；13下楔块可换件；14动模导套座；15垫块；16上模架；17顶板；18定模导套座；19导杆；20十字形试件。

具体实施方式

参见图1和图2，一种基于模具技术的金属板材双向拉伸装置，其组成包括：工作台1、摄像头5、十字形试件20、四组包含拉力传感器11的拉伸机构、顶板17、四组座式导向机构和计算机控制系统；

工作台1上设置有十字滑槽；摄像头5置于工作台1的十字滑槽中心处的凸台孔内，并位于十字形试件20中心的正下方；在十字滑槽的四个方向上设置有四组相同的拉伸机构；每组拉伸机构包含由导轨2和滑块3构成的线性滑轨、连接件4、拉力传感器11、夹具和模具；线性滑轨设置在十字滑槽上，即线性滑轨与工作台1是通过螺纹连接的；线性滑轨采用滚柱型滚动体，滚动体与导轨与滑块的接触方式为线接触；模具包括一个上模架16以及一个由下楔块可换件13和下楔块基体12构成的下模架，在下楔块基体12上方通过四个钢结构用高强度大六角头螺栓连接下楔块可换件13；下楔块可换件13与上模架16之间为斜面接触式；上模架16与顶板17固定连接。

连接件4分别与滑块3和下楔块基体12螺纹连接；在连接件4上还设置有夹具；参见图3，本实施例中，夹具包括手柄9、螺杆8、夹具上盖6、夹具基体10和四个楔块7；在夹具基体10朝向十字形试件20的一侧设置有一空腔，在空腔内设置有四个楔块7；且四个楔块7组成一长方体结构；在四个楔块7的中部两个楔块间夹持有十字形试件20；与试件上下表面直接接触的楔块的对应表面进行压花处理；四个楔块7组合可以完成对试件的预夹紧。螺杆8和夹具上盖6采用梯形螺纹连接；螺杆8穿过夹具上盖6嵌入四个楔块7的上部楔块中，并通过手柄9旋转带动螺杆8对处于中部两个楔块间的十字形试件20形成夹紧结构。具体实施中，螺杆8和上部楔块的接触面为半球面，从而使夹具产生均匀的夹紧力。夹具与下楔块基体12之间设置有拉力传感器11，即拉力传感器11的两端分别与夹具、下楔块基体12通过螺纹连接；拉力传感器11的量程为200kN；

四组拉伸机构分别夹持十字形试件20的四个端头；

在工作台1和顶板17之间设置有四组座式导向机构，且任意一组座式导向机构位于相邻两组拉伸机构之间；参见图1和图2，本实施例中，每组座式导向机构包括导柱19、动模导套座14、定模导套座18和垫块15；导柱19的顶部设置有动模导套座14，底部设置有定模导套座18；在动模导套座14与顶板17之间设置有垫块15，垫块15和开设有内孔的动模导套座14能在顶板17的压力下沿着导柱19向下平滑移动。

金属板材双向拉伸装置是通过向顶板17施加向下的驱动力，使得顶板17能通过四组座式导向机构向下运动，并带动四组拉伸机构在十字滑槽上向外运动，从而使得四组拉伸机构能对十字形试件20形成四个方向上的拉伸结构；

计算机控制系统通过摄像头5和拉力传感器11分别获取十字形试件20的形变信号和所受拉力信号，从而计算获得十字形试件20的应变和应力。

本发明的工作原理说明如下：

本发明一种基于模具技术的金属板材双向拉伸装置，是安装在普通压力机上，通过压力机施加驱动力使顶板17竖直向下运动，从而带动四组拉伸机构在十字滑槽上向外运动。四个下模架通过连接件分别与一个滑块3固定，且四组线性滑轨固定在同一个工作台1上，从而得到水平面上前后方向和左右方向的同步加载，即得到X-Y方向的同步加载。调用具有不同斜面倾角的上、下模架时，可以得到水平面上前后方向和左右方向不同的加载比例，实现了双向拉伸试验十字形试件的复杂路径变比例加载。在水平面上前后方向和左右方向两组所述模具分别采用具有0度斜面倾角和45度斜面倾角的上、下模架时，可实现一个方向拉伸，另一个方向不被拉伸也不会产生自然收缩现象的功能。

Claims (5)

1.一种基于模具技术的金属板材双向拉伸装置，其特征包括：工作台(1)、摄像头(5)、十字形试件(20)、四组包含拉力传感器(11)的拉伸机构、顶板(17)、四组座式导向机构和计算机控制系统；

所述工作台(1)上设置有十字滑槽；在所述十字滑槽的四个方向上设置有所述四组拉伸机构；所述四组拉伸机构分别夹持所述十字形试件(20)的四个端头；

所述摄像头(5)置于所述工作台(1)的十字滑槽中心处的凸台孔内，并位于所述十字形试件(20)中心的正下方；

在所述工作台(1)和顶板(17)之间设置有所述四组座式导向机构，且任意一组座式导向机构位于相邻两组拉伸机构之间；

所述金属板材双向拉伸装置是通过向所述顶板(17)施加向下的驱动力，使得所述顶板(17)能通过所述四组座式导向机构向下运动，并带动所述四组拉伸机构在所述十字滑槽上向外运动，从而使得所述四组拉伸机构能对所述十字形试件(20)形成四个方向上的拉伸结构；

所述计算机控制系统通过所述摄像头(5)和所述拉力传感器(11)分别获取所述十字形试件(20)的形变信号和所受拉力信号，从而计算获得所述十字形试件(20)的应变和应力。

2.根据权利要求1所述的基于模具技术的金属板材双向拉伸装置，其特征是，所述每组拉伸机构包含由导轨(2)和滑块(3)构成的线性滑轨、连接件(4)、拉力传感器(11)、夹具和模具；

所述模具包括一个上模架(16)以及一个由下楔块可换件(13)和下楔块基体(12)构成的下模架；

所述线性滑轨设置在所述十字滑槽上；所述连接件(4)分别与所述滑块(3)和下楔块基体(12)螺纹连接；在所述连接件(4)上还设置有所述夹具；所述夹具与所述下楔块基体(12)之间设置有所述拉力传感器(11)；

在所述下楔块基体(12)上连接有所述下楔块可换件(13)，所述下楔块可换件(13)与所述上模架(16)之间为斜面接触式；所述上模架(16)与顶板(17)固定连接。

3.根据权利要求2所述的基于模具技术的金属板材双向拉伸装置，其特征是，所述夹具包括手柄(9)、螺杆(8)、夹具上盖(6)、夹具基体(10)和四个楔块(7)；

在所述夹具基体(10)朝向所述十字形试件(20)的一侧设置有一空腔，在所述空腔内设置有所述四个楔块(7)；且所述四个楔块(7)组成一长方体结构；在所述四个楔块(7)的中部两个楔块间夹持有所述十字形试件(20)；

所述螺杆(8)穿过所述夹具上盖(6)嵌入所述四个楔块(7)的上部楔块中，并通过所述手柄(9)旋转带动所述螺杆(8)对处于所述中部两个楔块间的十字形试件(20)形成夹紧结构。

4.根据权利要求3所述的基于模具技术的金属板材双向拉伸装置，其特征是，所述螺杆(8)和上部楔块的接触面为半球面。

5.根据权利要求1所述的基于模具技术的金属板材双向拉伸装置，其特征是，每组座式导向机构包括导柱(19)、动模导套座(14)、定模导套座(18)和垫块(15)；

所述导柱(19)的顶部设置有所述动模导套座(14)，底部设置有所述定模导套座(18)；

在所述动模导套座(14)与所述顶板(17)之间设置有所述垫块(15)；

所述垫块(15)和开设有内孔的动模导套座(14)能在所述顶板(17)的压力下沿着所述导柱(19)向下平滑移动。