CN108169036B - 一种机械式金属板材双向剪切装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械式金属板材双向剪切装置，由底座、连杆机构、双向剪切下压旋转组件组成。底座安装在试验平台上，用于剪切装置的固定和定位。双向剪切下压旋转组件安装在试验机压头和底座之间并与连杆机构相连接；在实现金属板材下压剪切的同时，将直线运动转化为其它类型运动。连杆机构由不同类型连杆组成，实现直线运动转化为旋转运动；下压旋转组件实现金属板料的定位和旋转剪切。通过改变连杆与旋转基体的铰接孔的位置，可改变金属板材试件双向剪切时的下压和旋转剪切的比例，通过获得的金属板材在不同剪切比例条件下的应力应变值，方便测试和研究金属材料在多向剪切时的材料性能；有利于充分拓展和使用材料特性。

Description

一种机械式金属板材双向剪切装置
技术领域
本发明涉及一种试验装置，具体地说，涉及一种机械式金属板材双向剪切装置。
背景技术
近年来，随着制造产品精度要求的提高，传统的单向拉伸试验和压缩试验所测得的材料参数并不能完全发挥材料的性能，为了更充分的发挥传统材料及新型材料的性能，对材料参数的测试技术提出了更高的要求。
金属板材的剪切试验因测试应变范围大、可研究材料多方面的成形性能的特点而受到广泛关注。在文献“一种准静态加载下可控应力三轴度的剪切压缩圆盘试件”(《Experimental Mechanics》2011年第51期1545-1557页)文中，该剪切试件可实现金属板材的垂直剪切；但只能实现金属板材一个方向的剪切，即只能测量一个方向的剪切性能，对于实际生产中出现的产品的双向剪切破坏未能有效表达。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种机械式金属板材双向剪切装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括底座、连杆机构、双向剪切下压旋转组件，底座安装在试验平台上，用于固定和定位剪切装置，两个Y向垫块和两个X向垫块对称固定在底座上，两个Y向导轨分别固定在两个Y向垫块上部，Y向滑块与Y向导轨配合安装，并与Y向连接块通过螺栓固连，两个X向导轨分别固定在两个X向垫块上，其中一个X向导轨上连接有X向滑块和第一X向连接块，另一个X向导轨上安装有X向滑块和第二X向连接块；位移传感器固定架安装在X向垫块上，位移传感器安装在位移传感器固定架上，位移传感器用于采集平面连杆运动过程中第二X向连接块的位移值，第二X向连接块外侧面上固定有挡片；
所述连杆机构包括上下连杆、平面连杆、连杆、Y向连接块、第一X向连接块、第二X向连接块和连接十字头，两个上下连杆分别与连接十字头和两个Y向连接块铰接，且依连接十字头两侧对称连接，四根平面连杆分别与两个Y向连接块和第一X向连接块、第二X向连接块铰接，两个连杆分别与旋转基体和第一X向连接块、第二X向连接块铰接；连接十字头与试验机压头连接；
所述双向剪切下压旋转组件包括连接十字头、抗扭压头、内垫片、外压片、外垫块、扭矩传感器、旋转基体、旋转连接件、双向剪切轴、轴承座、推力球轴承、套筒、轴承端盖和称重传感器，连接十字头与试验机压头相连接，并与连杆组件的上下连杆铰接，抗扭压头与内垫片通过螺栓安装在连接十字头上，称重传感器固定在底座上，外压片与双剪切试件通过第二铰制孔用螺栓固紧在外垫块上，扭矩传感器一端与外垫块通过第三铰制孔用螺栓连接，扭矩传感器另一端与旋转基体和旋转连接件通过螺栓连接，轴承座与轴承端盖固连安装在称重传感器上面，轴承座内置有推力球轴承且通过套筒与双向剪切轴配合安装，双向剪切轴通过圆螺母固定并与旋转连接件通过平键连接；试验时，连杆机构运动使旋转基体旋转，旋转基体带动外垫块旋转，实现双剪切试件的旋转剪切，相应的扭矩传感器记录试验中因旋转剪切产生的扭矩值，称重传感器记录试验时的压力。
所述连接十字头、旋转基体与底座同轴平行安装。
有益效果
本发明提出的一种机械式金属板材双向剪切装置，由底座、连杆机构、双向剪切下压旋转组件组成。底座安装在试验平台上，用于剪切装置的固定和定位。双向剪切下压旋转组件安装在试验机压头和底座之间并与连杆机构相连接；在实现金属板材下压剪切的同时，将直线运动转化为其它类型运动。连杆机构由不同类型连杆组成，实现直线运动转化为旋转运动；下压旋转组件实现金属板料的定位和旋转剪切。通过改变连杆与旋转基体的铰接孔的位置，改变金属板材试件双向剪切时的下压和旋转式剪切的比例，通过获得的金属板材在不同剪切比例条件下的应力应变值，方便的测试和研究金属材料在多向剪切时的材料性能；有利于充分的拓展和使用材料特性。
本发明机械式金属板材双向剪切装置,改善了以往装置只能测量材料单向剪切性能的缺点，双向剪切装置为精确地测量分析材料性能提出了一种较好的方法。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种机械式金属板材双向剪切装置作进一步详细说明。
图1为本发明机械式金属板材双向剪切装置示意图。
图2为本发明双向剪切装置的连杆机构示意图。
图3为本发明双向剪切装置的下压部件示意图。
图4为本发明双向剪切装置的旋转组件示意图。
图5为平面剪切下压部件示意图。
图6为平面剪切旋转组件示意图。
图中
1.连接十字头 2.抗扭压头 3.双剪切试件 4.内垫片 5.第一铰制孔用螺栓 6.外压片 7.第二铰制孔用螺栓 8.外垫块 9.第三铰制孔用螺栓 10.扭矩传感器 11.旋转基体12.旋转连接件 13.双向剪切轴 14.轴承座 15.推力球轴承 16.套筒 17.轴承端盖 18.称重传感器 19.上下连杆 20.平面连杆 21.连杆 22.Y向连接块 23.Y向滑块 24.Y向导轨25.Y向垫块 26.第一X向连接块 27.第二X向连接块 28.X向滑块 29.X向导轨 30.X向垫块31.底座 32.位移传感器固定架 33.位移传感器 34.挡片 35.平面剪切轴 36.角接触球轴承 37.角接触球轴承座 38.平面剪切外垫板 39.平面剪切试件 40.平面剪切外压板 41.平面剪切连接头 42.弹簧 43.螺栓 44.平面剪切压头
具体实施方式
本实施例是一种机械式金属板材双向剪切装置。
参阅图1～图6，本实施例机械式金属板材双向剪切装置，由底座、连杆机构、双向剪切下压旋转组件组成；其中,底座31安装在试验平台上，用于固定和定位剪切装置，两个Y向垫块25和两个X向垫块30对称固定在底座31上，两个Y向导轨24分别固定在两个Y向垫块25上部，Y向滑块23与Y向导轨24配合安装并与Y向连接块22通过螺栓固定连接，两个X向导轨29分别固定在两个X向垫块30上，其中一个X向导轨29上连接有X向滑块28和第一X向连接块26，另一个X向导轨29上安装有X向滑块28和第二X向连接块27。在进行金属板材的双向剪切时，Y向垫块25还用于承受由上下连杆19所施加的作用力。位移传感器固定架32安装在X向垫块30上，位移传感器33安装在位移传感器固定架32上，位移传感器33用于采集平面连杆20运动过程中第二X向连接块27的位移值，第二X向连接块27外侧面上固定有挡片34。
连杆机构包括上下连杆19、平面连杆20、连杆21、Y向连接块22、第一X向连接块26、第二X向连接块27和连接十字头1，两个上下连杆19分别与连接十字头1和两个Y向连接块22铰接，且依连接十字头1两侧对称连接，四根平面连杆20分别与两个Y向连接块22和第一X向连接块26、第二X向连接块27铰接，两个连杆21分别与旋转基体11和第一X向连接块26、第二X向连接块27铰接。试验时，连接十字头1与试验机压头连接，产生向下的运动，通过上下连杆19使得Y向连接块22向外运动，从而带动第一X向连接块26和第二X向连接块27向内运动，并与连杆21铰接的旋转基体11发生转动，连杆机构将连接十字头1的下压运动转化为旋转基体11的旋转运动。
本实施例中,双向剪切下压旋转组件包括连接十字头1、抗扭压头2、内垫片4、外压片6、外垫块8、扭矩传感器10、旋转基体11、旋转连接件12、双向剪切轴13、轴承座14、推力球轴承15、套筒16、轴承端盖17和称重传感器18，连接十字头1与试验机压头相连，并与连杆组件的上下连杆19铰接，抗扭压头2与内垫片4通过螺钉安装在连接十字头1上，称重传感器18安装在底座31上，外压片6与双剪切试件3通过第二铰制孔用螺栓7固紧在外垫块8上。扭矩传感器10一端与外垫块8通过第三铰制孔用螺栓9连接，扭矩传感器10另一端与旋转基体11和旋转连接件12通过螺栓连接，轴承座14与轴承端盖17固连安装在称重传感器18上面，轴承座14内置有推力球轴承15且通过套筒16与双向剪切轴13配合安装，双向剪切轴13通过圆螺母固定，双向剪切轴13与旋转连接件12通过平键连接。试验时，连杆机构运动使旋转基体11旋转，旋转基体11带动外垫块8旋转，实现双剪切试件3的旋转剪切；相应的扭矩传感器10记录试验中因旋转剪切产生的扭矩值，称重传感器18记录试验时的压力。连接十字头1、旋转基体11与底座31同轴平行安装。
本实施例试验时，将双剪切试件3和内垫片4通过第一铰制孔用螺栓5压紧固定在抗扭压头2上，通过第二铰制孔用螺栓7将双剪切试件3固定在旋转组件中，且下压部件的连接十字头1与连杆机构的上下连杆19铰接；当连接十字头1在动力作用下向下运动时，下压部件的下压动作使双剪切试件3发生下压式剪切，同时下压部件与旋转组件和连杆机构的结合使得双剪切试件发生旋转式剪切，此时，双剪切试件3的下压式剪切量和旋转式剪切量之间的比例的是不变的；但当改变连杆21与旋转基体11铰接的位置时，即当连杆21与旋转基体11铰接孔与旋转基体11轴中心的距离改变时，金属板材的下压式剪切量与旋转剪切量会发生变化，由此可控制两者之间比例关系，获得不同比例下的金属剪切性能。
实施例
参见图5、图6，本实施例机械式金属板材双向剪切装置还可实现金属试件的平面旋转式剪切，称之为平面剪切装置；其中，平面剪切下压旋转部分包括平面剪切轴35、角接触球轴承36、角接触球轴承座37、平面剪切外垫板38、平面剪切外压板40、平面剪切连接头41、弹簧42、螺栓43、平面剪切压头44，平面剪切压头44与平面剪切连接头41通过螺栓43和弹簧42配合连接；螺栓43具有弹簧42导向的作用，通过平面剪切连接头41使整个装置运动，产生预期的试验动作。试验前，将双向剪切装置中连杆机构的连接十字头1替换为平面剪切连接头41，即为平面剪切装置的连杆机构；平面剪切连接头41与上下连杆19铰接并安装在试验机压头；平面剪切外压板40与平面剪切外垫板38连接，平面剪切试件39位于平面剪切外压板40与平面剪切外垫板38之间通过螺栓固紧，平面剪切外压板38与扭矩传感器10上端通过铰制孔用螺栓连接，角接触球轴承座37与旋转基体11和扭矩传感器10下端通过铰制孔用螺栓连接，用于旋转基体11旋转运动的传递，角接触球轴承座37中安装有一对角接触球轴承36，并与平面剪切轴35配合。试验时，将底座、连杆机构、平面剪切下压旋转组件组合成平面剪切装置，平面剪切压头44与上下连杆19暂时先不铰接。将平面剪切连接头41与试验机压头连接后，通过试验机压头的下压，使得弹簧压缩将平面剪切压头44与平面剪切试件39压紧后，以使平面剪切试件39在试验过程中不会发生旋转；在此之前平面剪切轴35并不会发生旋转，之后将平面剪切压头44与上下连杆19铰接，连杆机构运动使旋转基体11旋转，实现平面剪切试件39发生旋转式剪切，相应的扭矩传感器10记录试验中因旋转剪切产生的扭矩值。

Claims (2)

1.一种机械式金属板材双向剪切装置，其特征在于:包括底座、连杆机构、双向剪切下压旋转组件，底座安装在试验平台上，用于固定和定位剪切装置，两个Y向垫块和两个X向垫块对称固定在底座上，两个Y向导轨分别固定在两个Y向垫块上部，Y向滑块与Y向导轨配合安装，并与Y向连接块通过螺栓固连，两个X向导轨分别固定在两个X向垫块上，其中一个X向导轨上连接有X向滑块和第一X向连接块，另一个X向导轨上安装有X向滑块和第二X向连接块；位移传感器固定架安装在X向垫块上，位移传感器安装在位移传感器固定架上，位移传感器用于采集平面连杆运动过程中第二X向连接块的位移值，第二X向连接块外侧面上固定有挡片；
所述连杆机构包括上下连杆、平面连杆、连杆、Y向连接块、第一X向连接块、第二X向连接块和连接十字头，两个上下连杆分别与连接十字头和两个Y向连接块铰接，且依连接十字头两侧对称连接，四根平面连杆分别与两个Y向连接块和第一X向连接块、第二X向连接块铰接，两个连杆分别与旋转基体两端凸耳铰接，其中一个连杆另一端和第一X向连接块铰接、一个连杆另一端和第二X向连接块铰接；连接十字头与试验机压头连接；
所述双向剪切下压旋转组件包括抗扭压头、内垫片、外压片、外垫块、扭矩传感器、旋转基体、旋转连接件、双向剪切轴、轴承座、推力球轴承、套筒、轴承端盖和称重传感器，连接十字头与试验机压头相连接，并与连杆组件的上下连杆铰接，抗扭压头与内垫片通过螺栓安装在连接十字头上，称重传感器固定在底座上，外压片与双剪切试件通过第二铰制孔用螺栓固紧在外垫块上，扭矩传感器一端与外垫块通过第三铰制孔用螺栓连接，扭矩传感器另一端与旋转基体和旋转连接件通过螺栓连接，轴承座与轴承端盖固连安装在称重传感器上面，轴承座内置有推力球轴承且通过套筒与双向剪切轴配合安装，双向剪切轴通过圆螺母固定并与旋转连接件通过平键连接；试验时，连杆机构运动使旋转基体旋转，旋转基体带动外垫块旋转，实现双剪切试件的旋转剪切，相应的扭矩传感器记录试验中因旋转剪切产生的扭矩值，称重传感器记录试验时的压力。
2.根据权利要求1所述的机械式金属板材双向剪切装置，其特征在于:所述连接十字头、旋转基体与底座同轴平行安装。
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