CN105716942A - 一种用于高低温环境箱中聚合物材料的力学性能测试夹具 - Google Patents

Abstract

一种用于高低温环境箱中聚合物材料的力学性能测试夹具，旨在解决现有机械夹具在高低温环境箱中存在无法可靠装夹试样、夹具在高低温下发生松弛以及试样滑脱的问题。该装置包括圆柱叉型夹具主体4、与被测试件内圆角半径相同的弧形卡块3、固定内六角螺钉5、定位内六角螺钉1以及定位垫片6。弧形卡块的定位圆弧与试样挤压，形成拉力；为消除试样沿夹具主体径向方向的运动，利用定位垫片对试样固定。此种预紧效果较依靠夹头对样件摩擦力提供拉力的一般机械夹头，夹持更加持续稳定，并且操作更加简便。并且弧形卡块与夹具主体设计为可拆卸形式，针对不同拉伸样件，只需更换弧形卡块即可实现此拉伸夹具的通用性。本发明适用于多种场合，不会对样件造成损伤，使用方便。

Description

一种用于高低温环境箱中聚合物材料的力学性能测试夹具

技术领域

本发明属于测量技术中的夹具类,具体涉及一种用于高低温环境箱中聚合物材料的力学性能测试夹具,特别适用于低温和高温状态下的聚合物复合材料拉伸试验,可以克服试样在低温环境下的加载打滑现象，提高试验精度。属于聚合物复合材料力学性能测试领域。

背景技术

在常温状态下，测试聚合物复合材料的拉伸力学性能一般采用液压式夹具，用液压元件代替纯机械结构实现对工件的自动定位、支承与夹紧功能。这类夹具既能承受大的拉伸力，也能保证在测试时的准确定位，但结构复杂、体积大。材料性能的高低温拉伸试验通常要在环境箱中进行，液压夹头不易安装，因此，一般利用零件表面的摩擦实现夹紧(如CN103293055A公开的结构)。但是，低温时由于试样及夹具的收缩导致初始夹持力变小，容易造成试样与夹具间发生打滑现象，使试验误差增大；拉伸时由于聚合物复合材料本身的特殊性使孔洞处易发生应力集中，导致此处材料最先破坏，因此，也不能采用打孔穿销的办法(如CN104440652A公开的结构)。所以，如何保证标准试样均匀受载以及夹持力稳定不变，是此夹具设计的关键。鉴于以上原因，需设计一种适用在高低温环境箱中方便装夹，并能利用拉伸力而非试件之间摩擦力来实现夹紧的聚合物复合材料拉伸夹具。并可通过更换定位块，满足ASTM标准中不同试样拉伸测试需求。

发明内容

1、发明目的：本发明的目的在于克服现有夹具的缺点，根据标准试样本身的几何特征提供一种拉伸夹具；本发明的另一目的是提供一种快速夹持、不损伤零件的拉伸夹具，以保证聚合物复合材料试样整体拉伸、均匀受载的试验要求，该夹具尤其适合于高低温环境箱中试样拉伸力学性能的测试。

2、技术方案：

本发明可通过本技术方案实现。利用夹具与试样之间的挤压力,在高低温环境箱中实现对试样的夹紧。该装置包括上夹具和下夹具。所述上下夹具均包括圆柱叉型夹具主体、与被测试样内圆角半径相同的弧形卡块、固定内六角螺钉、定位内六角螺钉、定位垫片。

所述圆柱叉型夹具主体为自制件，采用普通钢材制成。其上端为两个叉型壁板。所述叉型壁板之间的距离为试样厚度与弧形卡块厚度之和。叉型壁板上开有固定弧形卡块以及垫片的螺栓孔。

所述弧形卡块为自制件，采用普通钢材制成。弧形弧度与待测试样内圆角形状一致。可以根据不同的试样类型，更换大小形状一致的弧形卡块。弧形卡块厚度与试样厚度一致，弧度与试样的内圆角半径一致。所述试样内圆角与ASTM标准中所述一致。

所述固定内六角螺钉为标准件，采用普通钢材制成。其功能用来将卡块与圆柱叉型夹具主体固定。

所述定位内六角螺钉为标准件，采用普通钢材制成。其功能是利用定位垫片对试样紧固。

所述定位垫片为自制件，采用普通钢材制成。其长度尺寸与所述叉型壁板宽度方向大小一致。厚度约为1-2mm。实现试样与夹具主体的贴紧。

所述试样为ASTM标准中的标准试样。所述ASTM为美国材料与试验协会简称。

3、本发明“一种用于高低温环境箱中聚合物材料的力学性能测试夹具”，其优点如下：

1)本发明的拉伸夹具工作原理是利用弧形卡块与试样产生的挤压力，实现对试样的拉伸。在高温及低温环境下，有效克服了夹具夹紧力的衰减以及试样的滑脱现象；

2)夹持方式不需要对试样打孔，不会对试样造成损伤；

3)叉型壁板上的弧形卡块为可拆卸式，适用于不同尺寸的试样进行测试；

4)叉型壁板为贯通设计，能实现试样的快速夹持与取出；

总之，该夹具能够在高低温环境箱中完成拉伸测试任务，克服试样在低温环境下的加载打滑现象，提高试验精度,而且可以更换不同的弧形滑块，适合于各种不同的试样类型。夹具本身结构简单，易于加工，并且装夹试样方便快速，可胜任针对各种聚合物复合材料等非金属的力学性能测试，具有较高使用价值。

附图说明

为了更能清晰表达本发明的技术方案，下面将具体实施方式中用的实例以附图形式进行简单介绍。下面描述的附图仅是一些实例，本发明可在普通工程技术人员不付出创造性劳动的前提下，就可根据该附图得到其他附图。

图1为本发明实例提供的一种拉伸夹具与试样关系图(拉伸夹具与试件示意图如图1所示)；

图2为提供的一种拉伸上夹具零件图，其中(a)为正视图，(b)为剖视图；

图3为一种拉伸试样零件图(一种拉伸试件零件图如图3所示)；

图4为一种拉伸夹具中的弧形卡快零件图；

图5为一种拉伸夹具中的垫片零件图；

图6为另一种拉伸试样零件图(另一种拉伸试件零件图如图6所示)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明一种用于高低温环境箱中聚合物材料的力学性能测试夹具包括以下部件：1-固定内六角螺钉；2-拉伸试样；3-弧形卡快；4-圆柱叉型夹具主体；5-定位内六角螺钉；6-垫片。图2为上夹具零件图，根据对称性原则，下夹具与上夹具从形状、尺寸上完全一致，所以在本说明书中，只以上夹具为例进行说明。所述上夹具包括固定弧形卡块的叉型壁板13，固定垫片与试样的叉型壁板10,与试验设备连接的螺纹接头8构成。所述固定弧形卡块的叉型壁板13又包括定位内六角螺钉螺纹孔12，定位弧形卡块的定位槽11。定位槽沿圆柱叉型夹具主体轴向方向深约5mm，方便对弧形卡块3的定位，中间宽度7为13.5mm。所述固定垫片与试样的叉型壁板10包括固定内六角螺钉螺纹孔9。所述螺纹接头8为标准螺纹，规格与设备接头规格相同。所述弧形卡块3包括定位圆弧14，宽度15，用于与叉型壁板13连接的螺纹孔16。图3为拉伸试样2，圆弧段17，包括直线段18。显然，为实现拉伸试样的拉伸，圆弧段17与定位圆弧14形状一致。

实施例1的具体实施过程为:首先用内六角螺钉5将弧形卡块3与圆柱叉型夹具主体4连接固定，定位圆弧14面对圆柱叉型夹具主体轴线方向。将拉伸试样2的圆弧段17嵌入弧形卡块的定位圆弧14之间。为了限制试样沿夹具主体径向方向的运动，用垫片6和内六角螺钉1通过螺纹孔9，将垫片与拉伸试样固定。通过螺纹夹头8与试验机的万向连接轴固定，对待测试样施加拉力。

在实施例2方案中，只需将弧形卡块的定位圆弧14与试样19中的圆弧段21(如图6所示)保持一致，宽度15根据试样19中的宽度22确定，即为圆柱叉型夹具主体4的直径与试样宽度22之差的一半。除此之外，与实施例1相同。

本发明按照设想实施特例进行了说明，但不局限于上述实例，凡是符合本发明的思路，采用相似结构及材料替换的方法所获得的技术方案，都属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.本发明可通过本技术方案实现。在高低温环境箱中,利用夹具与试件的挤压力对试件进行夹紧。该装置包括上夹具和下夹具。所述上下夹具均包括圆柱叉型夹具主体、与被测试件内圆角半径相同的弧形卡块、固定内六角螺钉、定位内六角螺钉、定位垫片。

所述圆柱叉型夹具主体为自制件，采用普通钢材制成。其上端为两个叉型壁板。所述叉型壁板之间的距离为试件厚度与弧形卡块厚度之和。

所述弧形卡块为自制件，采用普通钢材制成。弧形弧度与待测试样内圆角形状一致。可以根据不同的试样类型，更换大小形状一致的弧形卡块。弧形卡块厚度与试样厚度一致，弧度与试样的内圆角半径一致。所述试样内圆角与ASTM标准中所述一致。

所述固定内六角螺钉为标准件，采用普通钢材制成。其功能用来将卡块与圆柱叉型夹具主体固定。

所述定位内六角螺钉为标准件，采用普通钢材制成。其功能用来将定位垫片与试件紧固。

所述定位垫片为自制件，采用普通钢材制成。其尺寸与所述叉型壁板宽度方向大小一致。用来固定试件与夹具主体贴紧。

所述试件为ASTM标准中的标准试件。