CN109100215B - 一种用于拉扭材料试验机夹具的对中装置和对中方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拉扭材料试验机夹具对中装置，包括下对中块、上对中块、对中片。下对中块为圆柱体，下方为夹持段，夹持于试验机配套夹具内，上方为伸出段，端面刻有十字标示。上对中块包括夹持段和划针尖头，夹持段夹持于试验机配套夹具内，划针尖头焊接在夹持段的底部。左右对中片安装于夹具与液压作动缸之间，两个前后对中片对称安装于夹具V形槽的前壁。对中方法包括压紧上对中块和下对中块、测量划痕圆心、设计左右对中片、设计前后对中片等步骤。本发明可保证拉扭试验机夹具左右及前后方向的精确对中，对中材料成本低廉，操作方法简单，能有效提高拉扭材料试验机试验结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及材料拉扭力学测试领域，具体涉及一种拉扭材料试验机夹具的对中装置。
本申请还包括一种试验机夹具的对中方法。
背景技术
拉扭材料试验机广泛应用于新型材料或小型结构的力学性能测试，适用于圆棒、平板、具有圆棒或平板夹持段的试件。试验机夹具的对中性直接影响测试结果的准确性，如抗拉强度、屈服极限、剪切强度、疲劳寿命、硬化指数、硬化系数等力学性能。
拉扭材料试验机设计时均考虑了夹具的对中，如美国美斯特公司809型号试验机采用了两个端面配合的瓦状结构，瓦状结构具有纠偏功能，当两个瓦状结构抱紧作动轴时，试验机夹具将对中。但是，随着试验机安装、维护及老化，试验机夹具会产生不对中故障，刚性较低的平板试件被夹具夹持后，具有肉眼可观的左右不对中，而刚性较低的圆棒试件夹持后，也能观察到前后方向的弯曲变形。
中国专利CN104316395A(公告日：2016年9月14日)《一种力学试验机的同轴对中调节平台》中公开了一种安装在试验机夹具底部或液压底板(或横梁)的对中平台，不适用夹具底部无法装卸调节平台的试验机。中国专利CN204613021U(公告日：2015年9月2日)《一种用于试验机的对中组件》中公开了一种借助调节部和固定部对中试验机的方法，但该方法不适用于前后方向的对中，不适用扭转圆棒试件，仅对拉伸平板试件有效。中国专利CN104807696A(公开日：2015年7月29日)《一种试验机及使用试验机进行试验件对中设置的方法》中公开了一种借助夹持臂对含过渡段试件对中的方法，仅能对夹持臂所在平面的法向方法对中，不适用扭转试验机存在周向对中轨迹的情况，且该方法在测量具有一定跨度及型面的两个夹持臂距离时，易产生方向偏移导致测试精度不足的问题。
发明内容
发明目的：本发明要解决的问题是提供一种用于拉扭材料试验机夹具的对中装置,该对中装置结构简单，对实施人员技术要求较低，且使用该对中装置的对中方法简单易懂，对中后的试验机夹具不仅适合拉伸试样，也适合扭转试样或拉扭复合试样。
技术方案：本发明提供的对中装置可采用如下技术方案。
一种用于拉扭材料试验机夹具的对中装置，包括下对中块、上对中块、上夹具、下夹具、若干对中片；所述下对中块为圆柱体，其下对中块面对上对中块的上表面为平面，且该下对中块的上表面上设有十字标示，十字标示的中间交点位于下对中块的上表面的圆心；所述上对中块包括圆柱形的夹持段及自夹持段向下延伸的划针尖头；所述上夹具夹持上对中块，所述下夹具包括两个形状相同的夹块，两个夹块将下对中块夹住，所述夹块与下对中块对接的侧面形成上下延伸并向内缩的V形槽，夹块与该V形槽一侧对应的背侧为斜面，且该斜面与夹块的底面的夹角形成一个锐角；所述对中片包括第一对中片和第二对中片，第一对中片用以贴合在其中一个夹块的所述斜面上，第二对中片为两个并用以分别贴合每个夹块的V形槽内侧面上，且以两个夹块的V形槽内角的连线作为中线，第二对中片均贴合在中线同一侧的V形槽内侧面上。
有益效果：
(1)本发明对拉扭试验机夹具的左右方向和前后方向对中，适合纯扭转以及拉扭复合试验机的对中，适用的试样类型既包含拉伸平板试样，又包含扭转圆棒试样和拉扭复合圆棒试样。
(2)本发明采用无对心要求的划针尖头刻画夹具周向对中的圆弧轨迹，发明使用了在上对中块夹持段焊接硬质合金的划针尖头，无需纠偏的划针夹头设计克服了划针尖头的加工制作及焊接时的困难。
(3)通过划针尖头刻在下对中块顶面上的圆弧轨迹确定不对中夹具的轴心，通过该轴心与下对中块顶面圆心的距离测量左右和前后不对中量，解决了多方向确定不对中夹具轴心的问题，提高了对中精度，克服了单一方向上单点确定不对中轴心、不同方向不对中轴心有坐标差异的缺陷。
进一步的，划针尖头为硬质合金或金刚石材料。
进一步的，划针尖头焊接于夹持段的下方。
进一步的，所述对中片的横截面采用梯形、矩形或含有矩形形状的型面。
进一步的，第一对中片可采用硬质合金材料。
进一步的，对中片采用多片精密垫片组成。
进一步的，所述第二对中片可采用表面压花或喷焊涂层形式来增加与被夹持试件的接触力。
本发明同时还提供使用上述对中装置的对中方法，可采用以下技术方案：
包括以下步骤：
1)将上对中块夹持在试验机上夹具内，将下对中块夹持在试验机下夹具内。
2)将上对中块的划针尖头压紧在下对中块上表面，对试验机施加连续的扭转角度，使划针尖头在下对中块上表面上留下圆弧刻痕。
3)卸除上对中块和下对中块，利用测距工具得到下对中块上表面的圆弧刻痕与顶面圆心的坐标。
4)通过划针尖头刻在下对中块端面上的圆弧刻痕坐标拟合出圆弧的拟合圆心，计算出拟合圆心与下对中块顶面圆心的左右距离d1和前后距离d2。
5)根据夹块的斜面与夹块的底面之间的夹角的角度θ1，计算第一对中片厚度，使第一对中片厚度等于d1sinθ1。
6)根据V形槽内角的角度θ2，计算第二对中片厚度，使第二对中片的厚度等于d2cos(θ2/2)。
7)加工出符合d1sinθ1厚度的第一对中片，加工出符合d2cos(θ2/2)厚度的两个第二对中片。
8)将第一对中片安装在对应夹块的斜面上，将两个第二对中片分别安装在两个夹块的V形槽内侧面上，实现试验机夹具的对中。
其中，对中后的试验机夹具不仅适合拉伸试样，也适合扭转试样或拉扭复合试样。
附图说明
图1为上对中块结构示意图；
图2为下对中块结构示意图；
图3为上对中块划针尖头和下对中块顶面接触示意图；
图4为夹具内上对中块和下对中块示意图；
图5为夹具在试验机作动缸内的位置示意图；
图6为圆弧段及其圆心示意图；
图7为试验机夹具示意图；
图8为第一对中片和两个第二对中片示意图；
图9为对中片的安装位置及对中的试验机夹具示意图；
图10为验证试验机夹具对中结果的示意图。
其中，各标号表示的零部件为：1、上对中块，2、上对中块划针尖头，3、下对中块上表面十字标示，4、下对中块，5、第一对中片，6、两个第二对中片，7、下夹具，8、液压作动缸，9、作动缸供油管，10、作动轴，11、下对中块上表面的圆心，12、圆弧段圆心，13、圆弧段，14、V形槽，15、斜面(试验机夹具与液压作动缸接触面)，16、上夹具，17、夹块。
具体实施方式
实施例一
本实施例为一种对中装置的实施例。
请参阅图1所示，一种用于拉扭材料试验机夹具的对中装置，包括下对中块4、上对中块1、上夹具16、下夹具7、若干对中片。所述下对中块4为圆柱体，其下对中块4面对上对中块的上表面为平面，且该下对中块4的上表面上设有十字标示3，十字标示3的中间交点位于下对中块的上表面的圆心11。所述上对中块包括圆柱形的夹持段1及自夹持段1向下延伸的划针尖头2；划针尖头2为硬质合金或金刚石材料，划针尖头2焊接于夹持段1的下方。所述上夹具16夹持上对中块。所述下夹具7包括两个形状相同的夹块17。两个夹块17将下对中块夹住。所述夹块17与下对中块对接的侧面形成上下延伸并向内缩的V形槽14，夹块17与该V形槽14一侧对应的背侧为斜面15，且该斜面与夹块的底面的夹角θ1形成一个锐角。
请结合图8及图9，所述对中片包括第一对中片5和第二对中片6，第一对中片5用以贴合在其中一个夹块的所述斜面上(如图9所示)，第二对中片6为两个并用以分别贴合每个夹块17的V形槽内侧面上(如图9所示)，且以两个夹块17的V形槽内角的连线作为中线，第二对中片均贴合在中线同一侧的V形槽内侧面上(即两个第二对中片安装后是能够将下对中块4向图9中图纸内移动的，同样的，如果第二对中片是于图9中的两个第二对中片6反向安装则将下对中块4向图9中图纸外移动)。
作为改进，所述对中片结构的横截面(以上下方向为法向)可采用梯形、矩形或含有矩形形状的型面。
作为改进，所述对中片可采用硬质合金材料制作。
作为改进，所述对中片可采用多片精密垫片组成，即即便是多片精密垫片组成上文所述的对中片，在本发明中也统一为对中片作为名称。
作为改进，所述第二对中片6可采用表面压花或喷焊涂层形式来增加与被夹持试件的接触力。
实施例二
本实施例为使用实施例一中的对中装置实现对中方法的实施例。
下面结合附图对本发明提出的一种拉扭材料试验机夹具对中装置及方法进行说明。
如图10所示,一种拉扭材料试验机夹具对中装置,包括下对中块4、上对中块1、第一对中片5、2个第二对中片6。
如图2所示，下对中块4为圆柱体，其顶面有十字标示3，十字标示3的交点为顶面圆心，过圆心的上下方向垂直线为试验机下夹具的轴心线。
如图1所示，上对中块1包含夹持段和划针尖头2，划针尖头2焊接在上对中块1的梯形圆台下方，划针尖头2为硬质合金或金刚石材料制作，优选钨钢合金和金刚石材料。划针尖头2在上对中块1夹持后应落在下对中块4顶面上，优选上对中块1夹持段与下对中块4的圆柱体横截面积相同的形状，优选划针尖头2和上对中块夹持段对心的结构，如图3和图4所示。
如图8所示，第一对中片5和第二对中片6均为板材。如图9所示，第一对中片5安装在下夹具7与液压作动缸8接触面之间，2个第二对中片6分别安装于夹具7的V形槽的前壁。
利用上述的对中装置对拉扭材料试验机对中的方法,其特征在于包括以下步骤：
1)如图4所示，将上对中块1和下对中块4安装在试验机夹具内，如图5所示，试验机上方为固定端，上夹具不动，试验机下方为加载端，通过力控制将上对中块的划针尖头压紧在下对中块顶面。
2)对试验机施加连续的扭转角度，如图6，优选90°，在压力作用下，划针尖头2在下对中块4顶面划出圆弧13。
3)采用10μm精度的测距装置描述下对中块4顶面上圆弧段13与顶面圆心11的坐标，圆弧段13的坐标可采用多点差值的方式得到。
4)如图6，通过圆弧段13的坐标拟合圆弧段的圆心12，计算该圆心到下对中块4顶面圆心11的左右距离d1和前后距离d2。这里的左右距离和前后距离并不是一个确定方向的术语，“左右”和“前后”是为了便于理解采用的图6中的“左右”方向和“前后”方向进行的定义。
5)如图6和图7，根据试验机夹具7与液压作动缸8接触面与水平面之间的夹角θ1，计算第一对中片5厚度，使第一对中片厚度等于d1sinθ1。
6)如图6和图7，根据试验机夹具V形槽角度θ2，计算第二对中片6厚度，使第二对中片厚度等于d2cos(θ2/2)。
7)如图8所示，根据第一对中片5的厚度、试验机夹具7与液压作动缸8接触面15尺寸，设计第一对中片5并加工之；根据第二对中片6的厚度、试验机夹具7的V形槽14尺寸，设计第二对中片6并加工之。
9)如图9所示，安装第一对中片5到试验机夹具7与液压作动缸8之间，分别对称地安装两个第二对中片6到试验机夹具7的V形槽前壁(或后壁)，实现拉扭试验机夹具的对中。这里的第一对中片可以将试验机夹具在左右方向进行对中，而第二对中片可以将试验机夹具在前后方向上进行对中，这里的“左右”和“前后”是为了便于理解采用的图9中的“左右”方向和“前后”方向进行的定义
10)若划针尖头2与上对中块1夹持段对心，可验证对中结果，如图10所示。
Claims (9)
1.一种用于拉扭材料试验机夹具的对中装置，其特征在于：包括下对中块、上对中块、上夹具、下夹具、若干对中片；所述下对中块为圆柱体，其下对中块面对上对中块的上表面为平面，且该下对中块的上表面上设有十字标示，十字标示的中间交点位于下对中块的上表面的圆心；所述上对中块包括圆柱形的夹持段及自夹持段向下延伸的划针尖头；所述上夹具夹持上对中块，所述下夹具包括两个形状相同的夹块，两个夹块将下对中块夹住，所述夹块与下对中块对接的侧面形成上下延伸并向内缩的V形槽，夹块与该V形槽一侧对应的背侧为斜面，且该斜面与夹块的底面的夹角形成一个锐角；
所述对中片包括第一对中片和第二对中片，第一对中片用以贴合在其中一个夹块的所述斜面上，第二对中片为两个并用以分别贴合每个夹块的V形槽内侧面上，且以两个夹块的V形槽内角的连线作为中线，第二对中片均贴合在中线同一侧的V形槽内侧面上。
2.根据权利要求1所述的对中装置，其特征在于：划针尖头为硬质合金或金刚石材料。
3.根据权利要求1或2所述的对中装置，其特征在于：划针尖头焊接于夹持段的下方。
4.根据权利要求3所述的对中装置，其特征在于：所述对中片的横截面采用梯形、矩形或含有矩形形状的型面。
5.根据权利要求4所述的对中装置，其特征在于：第一对中片可采用硬质合金材料。
6.根据权利要求5所述的对中装置，其特征在于：对中片采用多片精密垫片组成。
7.根据权利要求6所述的对中装置，其特征在于：所述第二对中片可采用表面压花或喷焊涂层形式来增加与被夹持试件的接触力。
8.一种使用如权利要求1至7中任一项所述的对中装置的对中方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将上对中块夹持在试验机上夹具内，将下对中块夹持在试验机下夹具内；
2)将上对中块的划针尖头压紧在下对中块上表面，对试验机施加连续的扭转角度，使划针尖头在下对中块上表面上留下圆弧刻痕；
3)卸除上对中块和下对中块，利用测距工具得到下对中块上表面的圆弧刻痕与顶面圆心的坐标；
4)通过划针尖头刻在下对中块端面上的圆弧刻痕坐标拟合出圆弧的拟合圆心，计算出拟合圆心与下对中块顶面圆心的左右距离d1和前后距离d2；
5)根据夹块的斜面与夹块的底面之间的夹角的角度θ1，计算第一对中片厚度，使第一对中片厚度等于d1sinθ1；
6)根据V形槽内角的角度θ2，计算第二对中片厚度，使第二对中片的厚度等于d2cos(θ2/2)；
7)加工出符合d1sinθ1厚度的第一对中片，加工出符合d2cos(θ2/2)厚度的两个第二对中片；
8)将第一对中片安装在对应夹块的斜面上，将两个第二对中片分别安装在两个夹块的V形槽内侧面上，实现试验机夹具的对中。
9.根据权利要求8所述的对中方法，其特征在于：对中后的试验机夹具不仅适合拉伸试样，也适合扭转试样或拉扭复合试样。
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