CN105738279A - 试样拉伸模具及使用该模具的试样拉伸方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了试样拉伸模具及使用该模具的试样拉伸方法。试样拉伸模具，包括连接架、接头和吊钩，其中，所述连接架为管状结构，其内部具有台阶孔结构，用于连接拉伸试验机；所述接头的大头端位于所述连接架的台阶孔内，另一端与所述吊钩固定连接；所述吊钩通过所述接头固定在所述连接架的下方，用于连接粘结试样。通过采用本发明中所述试样拉伸模具及使用该模具的试样拉伸方法，既能够避免试样拉伸开始夹持过程中夹持力直接作用于辅助拉伸试验的圆柱棒材，又可以有效地评价粘接过程无法保证绝对同轴度的情况下层状复合材料界面的结合强度，从而实现粘接拉伸试验可在常规拉伸试验机上进行的目的。

Description

试样拉伸模具及使用该模具的试样拉伸方法

技术领域

本发明主要涉及复合材料界面粘结的技术领域，尤其涉及铝钢复合材料的试样拉伸模具及使用该模具的试样拉伸方法。

背景技术

金属层状复合材料由于可以兼顾各复合组元的相关性能，可以弥补单一金属材料所不具备的优异性能。目前这种复合材料已经广泛的应用于发电、石油、化工、汽车、建筑等领域。由于是层状复合材料，所以金属层与层之间的结合质量会影响产品的使用范围及使用寿命。因此，界面结合强度的测试、评价结果就是个层状复合材料应用领域的一个重要的方面，从而界面结合质量成为层状复合材料性能优劣判断的一个重要指标。

目前，评价金属层状复合材料界面结合强度的主要定量方法有剪切试验、剥离试验和粘结拉伸试样等。剪切试验对试样制备及加工精度要求较高，对界面平直度要求较高，同时剪切试验不能准确的对那些复层比较薄的(<0.5mm厚)的层状复合材料界面进行有效评价；而剥离试验一般只能获得剥离拉伸的试样单位线长度的力，不能得出界面的结合强度值。与上述两种试验方法相比，粘结拉伸试验制样简单，可以评估较薄试样的界面结合质量，对试样的要求也没有剪切试验要求高，结合相对准确可靠。因此，粘结拉伸试验时一种评价界面结合强度行之有效且简单方便的试样方法。

但在粘结过程中，理想的情况是拉伸构件/复合材料/拉伸构件都要在同一轴心线上，这样可以保证均匀的拉应力状态，但如果两边的拉伸辅助构件在粘结过程没能控制好，出现倾斜、错位等都不利于拉伸测试，导致拉伸结果不准确。但是实际上是无法保证两边粘结的拉伸辅助构件和试样绝对的同一直线上。另外，粘结两边圆棒的时候，胶水在试样表面很难做到平均分布，粘结表面上的不均匀也会导致一定的偏心。

因此，在拉伸试验机夹头夹紧圆棒的过程中，由于夹持力较大，会存在各种剪切力和扭力而使得粘结处在这种力的作用下提前开裂，导致后续拉伸试验失败。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明提出了试样拉伸模具及使用该模具的试样拉伸方法，既能够避免试样拉伸开始夹持过程中夹持力直接作用于辅助拉伸试验的圆柱棒材，又可以有效地评价粘接过程无法保证绝对同轴度的情况下层状复合材料界面的结合强度，从而实现粘接拉伸试验可在常规拉伸试验机上进行的目的。

本发明提出了试样拉伸模具，包括连接架、接头和吊钩，其中，

所述连接架为管状结构，其内部具有台阶孔结构，用于连接拉伸试验机；

所述接头的大头端位于所述连接架的台阶孔内，另一端与所述吊钩固定连接；

所述吊钩通过所述接头固定在所述连接架的下方，用于连接粘结试样。

如上所述的试样拉伸模具，其中，所述粘结试样为铝钢复合材料粘结试样，其中，铝为包覆层，钢为基层。

如上所述的试样拉伸模具，其中，所述连接架为圆钢管。

如上所述的试样拉伸模具，其中，所述接头为球形接头，所述球形接头的球形端位于所述连接架的台阶孔内。

如上所述的试样拉伸模具，其中，所述吊钩内具有螺纹孔，所述吊钩与所述球形接头通过螺纹固定连接。

本发明还提出了一种利用试样拉伸模具对试样进行拉伸试验的试样拉伸方法，包括以下步骤：

S1、准备粘结试样；

S2、将所述粘结试样与所述拉伸模具进行组装；所述试样拉伸模具，包括连接架、接头和吊钩，其中，

所述连接架为管状结构，其内部具有台阶孔结构，用于连接拉伸试验机；

所述接头的大头端位于所述连接架的台阶孔内，另一端与所述吊钩固定连接；

所述吊钩通过所述接头固定在所述连接架的下方，用于连接粘结试样；

S3、进行试样拉伸试验。

如上所述的试样拉伸方法，其中，所述粘结试样的制作方法包括以下步骤：

A、在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品备用，制作或选取两根横截面直径等于圆片样品直径的金属棒待用；

B、对所述圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理；

C、将所述两金属棒的待粘贴表面通过粘结剂分别粘合在所述圆片样品两个待粘贴表面；

如上所述的试样拉伸方法，其中，所述金属棒为铝棒，且所述铝棒的一端焊有环形挂钩。

如上所述的试样拉伸方法，其中，所述粘结剂为E-7粘结剂。

如上所述的试样拉伸方法，其中，所述试样拉伸试验进行多次，求其平均值。

通过采用本发明所述的试样拉伸装置，进行试样拉伸试验时，拉伸试验机的夹持力作用在拉伸模具的连接架上，避免了夹持过程中夹持力直接作用在粘结试样上，避免由于剪切力的存在而使粘接面开裂；通过采用球形接头的结构，再拉伸过程中可以自动调整粘结试样的轴线，保证圆片试样和金属棒在同一轴心线上，避免夹紧过程中各种剪切力和扭力而使得粘结处提前开裂，导致后续拉伸试验失败。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解，其中：

图1是本发明试样拉伸模具实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例粘结试样的结构示意图。

附图中各标号表示如下：

1：链接架；

2：球形接头；

3：吊钩；

4：粘结试样：

41：焊接挂钩A、42：铝棒A、43：粘结剂、44：圆片试样、

41'：焊接挂钩B、42'：铝棒B；

441：铝层、442：钢层。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。

图1为本发明实施例的结构示意图，如图1所示。本发明提出一种试样拉伸模具，包括连接架1、接头2和吊钩3。

所述连接架1为管状结构，其内部具有台阶孔结构，用于连接拉伸试验机。

进一步的，所述链接架1为圆钢管，方便拉伸试验机进行夹取。试样进行拉伸试验时，拉伸试验机的夹持力作用在拉伸模具的连接架上，避免了夹持过程中夹持力直接作用在粘结试样上，避免由于剪切力的存在而使粘接面开裂。

所述接头2的大头端位于所述连接架的台阶孔内，另一端与所述吊钩3固定连接。

进一步的，所述接头2为球形接头。球形接头的大头端为球形，位于所述连接架的台阶孔内。其另一端位于所述连接架的外部，为圆柱状，其表面具有螺纹结构。由于采用球形结构的接头，再拉伸过程中可以自动调整粘结试样的轴线，保证圆片试样和金属棒在同一轴心线上，避免夹紧过程中各种剪切力和扭力而使得粘结处提前开裂，导致后续拉伸试验失败。

所述吊钩3通过所述接头2固定在所述连接架1的下方，用于连接粘结试样4。

进一步的，所述吊钩3的顶面具有螺纹孔，与所述球形接头2依靠螺纹连接。球形接头2具有螺纹表面的一端与吊钩3的螺纹孔相配合，通过螺纹连接，牢固地将所述吊钩3固定在所述连接架1的下方。其螺纹连接强度应大于试样界面的结合强度。

进一步的，所述粘结试样4为铝钢复合材料粘结试样，其中，铝为包覆层，钢为基层。如图2所示，图2是本发明实施例粘结试样的结构示意图。

所述粘结试样包括焊接挂钩A41、焊接挂钩B41'、铝棒A42、铝棒B42'、粘结剂43以及圆片试样44。铝棒A42、铝棒B42'分别通过粘结剂43与圆片试样44的上、下表面相粘结。铝棒A42、铝棒B42'的另一端分别焊接有焊接挂钩A41、焊接挂钩B41'，用于与所述拉伸模具的吊钩相连。所述焊接挂钩的焊接强度应大于试样界面的结合强度。

本发明还提出了用上述任一一项所述的试样拉伸模具对试样进行拉伸试验的试样拉伸方法，包括以下步骤：

S1、制备测量用试样。

A、在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品备用，制作或选取两根横截面直径等于圆片样品直径的金属棒待用。

(1)在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品44备用，制作或选取两根横截面直径等于圆片样品直径的圆柱棒待用。若复合材料为金属复合材料，则制作或选取两根横截面直径等于圆片样品直径的金属棒待用。

具体的，可采用线切割方式从金属复合材料层上切割出半径为r待检圆片样品44，也可以采用其他切割方式，保证圆片样品44外形规则即可。

进一步的，所述粘结试样4为铝钢复合材料粘结试样，其中，铝为包覆层，钢为基层。所述待用金属棒可以为铝棒、铜棒或其他材质金属棒，优选的，选取铝质材料金属棒，该铝棒长度应为30～70mm，方便试样进行夹持和拉伸实验。

进一步的，在各金属棒的一端焊接一环形挂钩41，用于与所述拉伸模具相连接，以便进行试样拉伸试验。其焊接强度应大于层状复合材料界面的结合强度。

B、对所述圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理。

打磨前可以事先清洗圆片样品44及铝棒的待粘贴表面，目的在于清除待粘贴表面油污和氧化层，圆片样品44两侧的圆形平面、铝棒的一圆形端面均为待粘贴表面。

进一步的，为了获得更好的表面质量，可以通过以下手段清洗圆片样品44及铝棒的待粘贴表面：利用盐酸清洗圆片样品44及铝棒上的各待粘贴表面，然后用脱脂剂依次擦拭圆片样品44及铝棒的各待粘贴表面。其中，脱脂剂一般为丙酮和酒精，由于清洗过的待粘贴表面会含有残留物，因此须对待粘贴表面进行打磨，通常是在各待粘贴表面风干后，采用500#砂纸对圆片样品44及铝棒的待粘贴表面进行砂纸打磨处理。

C、将所述两金属棒的待粘贴表面通过粘结剂分别粘合在所述圆片样品两个待粘贴表面。

具体的，选取的铝棒横截面直径与圆片样品44的的直径相等。粘贴时，应使铝棒端面与圆片样品44的待粘贴面完全重合。所述粘结剂43为E-7粘接剂。该粘接剂是目前国内强度较大，使用特别广泛，尤其常见用于胶粘测量涂层等界面结合强度的实验中。该粘接剂的拉伸强度＞70MPa。将粘接完好的试样放置于炉中，升温至100℃，保温3h，为了保证粘接效果及质量，在炉中冷却至室温。待粘结剂完全固化后取出粘结试样。

S2、将所述粘结试样与所述拉伸模具进行组装。

利用拉伸机夹头试样拉伸模具。具体的使用拉伸试验机夹头夹住拉伸模具夹持架1的上端，使夹持力作用在模具上。避免拉伸试验机夹头直接夹紧粘结试样的金属棒而给金属棒施加夹持力，造成粘结试样4在粘结处断裂。

粘结试样4的金属棒一端焊接有环形挂钩。将粘结好的试样通过环形挂钩与所述拉伸模具的吊钩部分相连。将粘结试样4与拉伸装置相连接，准备进行拉伸试验。

根据需要，所述拉伸模具可以成对使用，也可以单独使用。成对使用时，将粘结试样的上下两根金属棒环形挂钩分别于拉伸模具相连接，并利用拉伸试验机将所述拉伸模具夹紧。单独使用时，可以将粘结试样的一端环形挂钩与所述拉伸模具相连接，并利用拉伸试验机将拉伸模具夹紧。所述粘结试样的另一端直接由拉伸试样机夹紧。

S3、进行试样拉伸试验。

利用拉伸试验机进行拉伸试验。获取试样拉伸时的最大拉伸力的数值F，根据F/πr²计算得到试样的界面结合强度。

其中，数值F代表试样拉伸时的最大拉伸力，r代表圆片样品的界面处半径。

为了更好的确定铝钢复合材料的结合强度，还可以在金属复合材料上同时切割多个圆片样品，重复进行步骤S1-S3，计算各个圆片样品结合强度的平均值，该平均值即为金属复合材料的界面结合强度。

实施例

首先，根据试验需要配制相应比例的E-7粘接剂43。利用线切割方式从铝/钢层层状状复合材料上加工出直径为Φ8mm的圆片试样44备用。制作两根直径同为Φ8mm的铝棒，铝棒长度各为50mm。采用焊接方式，在两根铝棒的任一一端焊接一环形挂钩41。利用E-7粘接剂43将圆片试样44的上下表面各粘结一根铝棒。粘结后应尽量保证铝棒A42、圆片试样44、铝棒B42'的中心轴线在同一条直线上。粘接过程完成后试样如图2所示。

将粘接完好的试样放置于炉中，升温至100℃，保温3h。为了保证粘接效果及质量，在炉中冷却至室温。

将粘接好的试样利用拉伸模具进行拉伸试验。首先，使用拉伸试验机夹头夹住拉伸模具夹持架1的上端，使夹持力作用在模具上。避免拉伸试验机夹头直接夹紧粘结试样4的金属棒而给金属棒施加夹持力，造成粘结试样在粘结处断裂。将粘结好的试样通过环形挂钩41与所述拉伸模具的吊钩3部分相连。组装后的拉伸模具如图1所示。待各部分都组装好后，利用拉伸试验机进行拉伸试验。通过拉伸试验获取试样界面断裂时的最大拉伸力F，根据F/πr²计算得到试样的界面结合强度。

上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其他特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其他组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (10)

1.试样拉伸模具，包括连接架、接头和吊钩，其特征在于，

所述连接架为管状结构，其内部具有台阶孔结构，用于连接拉伸试验机；

所述接头的大头端位于所述连接架的台阶孔内，另一端与所述吊钩固定连接；

所述吊钩通过所述接头固定在所述连接架的下方，用于连接粘结试样。

2.根据权利要求1所述的试样拉伸模具，其特征在于，所述粘结试样为铝钢复合材料粘结试样，其中，铝为包覆层，钢为基层。

3.根据权利要求1所述的试样拉伸模具，其特征在于，所述连接架为圆钢管。

4.根据权利要求1所述的试样拉伸模具，其特征在于，所述接头为球形接头，所述球形接头的球形端位于所述连接架的台阶孔内。

5.根据权利要求1所述的试样拉伸模具，其特征在于，所述吊钩内具有螺纹孔，所述吊钩与所述球形接头通过螺纹固定连接。

6.一种利用试样拉伸模具对试样进行拉伸试验的试样拉伸方法，包括以下步骤：

S1、准备粘结试样；

S2、将所述粘结试样与所述拉伸模具进行组装；所述试样拉伸模具包括连接架、接头和吊钩，其中，

所述连接架为管状结构，其内部具有台阶孔结构，用于连接拉伸试验机；

所述接头的大头端位于所述连接架的台阶孔内，另一端与所述吊钩固定连接；

所述吊钩通过所述接头固定在所述连接架的下方，用于连接粘结试样；

S3、进行试样拉伸试验。

7.根据权利要求6所述的试样拉伸方法，其特征在于，所述粘结试样的制作方法包括以下步骤：

A、在含有基层和包覆层的复合材料上切割出一圆片样品备用，制作或选取两根横截面直径等于圆片样品直径的金属棒待用；

B、对所述圆片样品及金属棒的待粘贴表面进行打磨处理；

C、将所述两金属棒的待粘贴表面通过粘结剂分别粘合在所述圆片样品两个待粘贴表面。

8.根据权利要求6或7所述的试样拉伸方法，其特征在于，所述金属棒为铝棒，所述铝棒的一端焊有环形挂钩。

9.根据权利要求6或7所述的试样拉伸方法，其特征在于，所述粘结剂为E-7粘结剂。

10.根据权利要求6所述的试样拉伸方法，其特征在于，所述试样拉伸试验进行多次，求其平均值。