CN111965011A - 一种防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置，夹持装置包括快速定位机构、支撑板和弹性元件；快速定位机构包括梳形块、第一夹持块和第二夹持块；梳形块由两块上梳形块和两块下梳形块组成；上梳形块和下梳形块分别通过梳形结构活动连接在第一夹持块和第二夹持块的上下两端；试样夹装在快速定位机构中，试样上下分别与上梳形块、下梳形块限位固定；弹性元件的弹性输出端抵在第二夹持块外侧面中心为试样提供侧压力；上梳形块和下梳形块随试样的长度变化在第一夹持块和第二夹持块的上下两端上下相对移动。本发明能够防止不同厚度超高强度钢在压缩实验中失稳，并解决了摩擦力的问题，提高了实验的准确性。

Description

一种防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置

技术领域

本发明涉及一种超高强度钢压缩实验用的夹持装置，具体涉及一种防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置。

背景技术

钢板的压缩实验用于测试薄板反向加载时的成形性能，而目前压缩实验中所用的夹持装置多是国内外科研人员针对高强钢的包申格效应对材料回弹、失效等成形问题研制出来的，很难满足对超高强度钢的夹持，无法防止超高强度钢压缩时的翘曲现象。

而目前所用的夹持装置主要有三大类：

一、以上海交通大学为代表的直接夹持型装置，其通过氮气弹簧提供稳定的侧压力，能够有效防止板料在压缩过程中发生翘曲，能够满足强度较高的高强钢的压缩实验，但由于该直接夹持型装置没有考虑夹持装置在压缩过程中对板料的摩擦力，一定程度上影响板料的成形性能，降低了实验结果的准确性。

二、以西北工业大学为代表的非对称夹持装置，此夹持装置利用普通弹簧提供侧压力，使板料能够在水平和竖直方向自由移动，减少了板料成形阻力，但其结构复杂，普通弹簧也不能提供稳定的侧压力，另外该装置也没有解决摩擦力的问题。

三、以中国科学院金属研究所为代表的防翘曲夹持装置，其采用了梳形块的结构，在理论上能够使板料在压缩的过程中上下部分的摩擦力相互抵消，从而解决摩擦力的问题，但在实践中此结构受板料位置、板料及装置接触面状况、压力均衡性等实验工况影响，并不能彻底消除摩擦力的影响，其结构中的四根导柱在压缩过程中还可能出现卡死的现象，影响板料的成形性能，而且此夹持装置采用的是普通弹簧提供侧向压力，也不能满足板料压缩过程中对侧向力的要求。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置，该夹持装置能够满足超高强钢板试样在压缩过程中对侧向力的要求，防止发生压缩失稳现象，并解决了摩擦力的问题，充分保证了压缩实验中试样成形的准确性。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置，其特征在于，所述夹持装置包括快速定位机构、支撑板和弹性元件；

所述快速定位机构包括梳形块、第一夹持块和第二夹持块；所述梳形块由两块上梳形块和两块下梳形块组成；所述上梳形块和所述下梳形块分别通过梳形结构活动连接在所述第一夹持块和所述第二夹持块的上下两端；试样夹装在所述快速定位机构中，所述试样上下分别与所述上梳形块、所述下梳形块限位固定；

所述第一夹持块和所述第二夹持块与所述支撑板螺栓相连；所述弹性元件安装在所述支撑板上，所述弹性元件的弹性输出端抵在所述第二夹持块外侧面中心为所述试样提供侧压力；当所述试样受侧压力压缩伸长后，所述上梳形块和所述下梳形块随所述试样的长度变化在所述第一夹持块和所述第二夹持块的上下两端上下相对移动。

进一步地，所述试样和所述梳形块、所述第一夹持块、所述第二夹持块相接触的表面分别喷涂聚四氟乙烯。

进一步地，所述聚四氟乙烯喷涂厚度为0.04～0.06mm。

进一步地，所述夹持装置还包括传感器，所述传感器实时检测所述快速定位机构受到的侧压力，通过f＝μN计算公式获得相应的摩擦力。

进一步地，所述上梳形块和所述下梳形块上对称设有限位孔，所述试样的相应位置设有同样的所述限位孔，限位销钉穿过所述限位孔将所述试样上下限位固定在所述上梳形块和所述下梳形块上。

进一步地，所述上梳形块底端、所述下梳形块顶端及所述第一夹持块和所述第二夹持块上下两端分别设置梳形结构，且所述上梳形块和所述下梳形块与所述第一夹持块和所述第二夹持块的所述梳形结构交错布置，所述上梳形块和所述下梳形块分别啮合连接在所述第一夹持块和所述第二夹持块上下两端。

进一步地，在所述第一夹持块、所述第二夹持块和所述支撑板上还分别设有左右水平对称的两个导柱安装孔，两根导柱通过所述导柱安装孔安装在所述第一夹持块、所述第二夹持块和所述支撑板上，在水平方向上引导所述试样的侧压力。

进一步地，所述夹持装置还包括安装板，所述支撑板通过所述安装板固定在所述实验装置的平台上。

进一步地，所述夹持装置还包括支撑块，所述支撑块设置在所述夹持装置底部支撑所述夹持装置。

进一步地，在所述支撑块下方增设带有厚度梯度的垫块。

本发明的有益效果：

本发明结构简单紧凑，便于装配，具有较强的通用性，能够避免压缩过程中摩擦力对实验结果的影响，能够实现装置的前后自由调控和上下的移动；不仅能够满足低要求的拉压实验，而且能够达到高精度的拉压实验要求。

本发明通过梳形块结构和限位孔的使用，可快速准确安装试样；上下梳形块对试样实现了全包裹，并限位连接，可以有效的防止标距段两端由于夹持不到而产生的失稳，能够适应板料大的压缩变形，有效防止试样在压缩过程中出现翘曲现象；上下梳形块在上下滑动时梳形块随试样移动，摩擦力小；同时试样与装置接触的表面全部喷涂聚四氟乙烯，可进一步减小摩擦力，本发明还通过传感器采集侧压力信息，结合相关计算，可较准确的测算出高强钢板在拉伸压缩过程中产生的摩擦力，能够大幅度提高实验的精度，保证实验的准确性。

本发明可以通过不同型号的弹性元件满足DP980、QP980、DP1180等超高强钢的压缩实验防失稳，以及后续更高强度的钢板的同类实验要求。通过弹性元件施加稳定的侧压力，在满足厚度方向均匀移动的基础上，试样通过快速定位机构受到更加稳定、可靠的平面夹持力，保证夹持间隙能够随着薄板厚度的变化自动调整，且试样变形应变分布均匀；同时，快速定位机构中通过使用两个夹持块在水平方向留有足够余量，使之能够通过调控以适应不同厚度的试样。

本发明还通过垫块调整夹持装置的支撑高度，通过安装板可将夹持装置安装在不同实验机台的支撑架上，无需重新设计夹持装置，节省成本和实验时间。

附图说明

图1为本发明防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置的结构图；

图2为本发明中快速定位机构结构图；

图3为本发明中试样结构图；

图4为本发明中支撑块结构图。

其中：1–梳形块、1.1–上梳形块、1.2–下梳形块、1.3–限位孔、2–第一夹持块、3–第二夹持块、4–紧固螺杆、4.1–螺杆孔、5–支撑板、6–导柱安装孔、7–安装板、8–支撑块、9–弹性元件、9.1–弹性元件安装孔、10–试样。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合具体实施例和附图对本发明做进一步详细说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

本发明中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例记载了一种防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置，该夹持装置用于压缩实验中对超高强度钢试样的夹持，其夹持试样固定在实验装置的平台上，便于实验装置对试样进行压缩。本实施例中所说的试样是DP980、QP980、DP1180等超高强钢材料薄板试样。

如图1所示，该夹持装置包括快速定位机构、紧固螺杆4、支撑板5、安装板7和弹性元件9。其中，快速定位机构夹持试样10，在快速定位机构外侧弹性元件9安装在支撑板5一侧，快速定位机构通过紧固螺杆4与支撑板5连接，将弹性元件9的弹性输出端抵在快速定位机构的外侧面中心位置，为快速定位机构提供侧压力压缩试样10。支撑板5可通过安装板7安装在实验装置上，将该夹持装置固定在实验装置的平台上。

如图2所示，快速定位机构包括梳形块1、第一夹持块2和第二夹持块3。其中，梳形块1由两块上梳形块1.1和两块下梳形块1.2组成，第一夹持块2和第二夹持块3平行对称设置。在第一夹持块2和第二夹持块3的上下两端分别活动连接上梳形块1.1和下梳形块1.2，试样10夹持在第一夹持块2和第二夹持块3及梳形块1之间。

本实施例中，上梳形块1.1底端、下梳形块1.2顶端及第一夹持块2和第二夹持块3上下两端分别设置梳形结构，且上梳形块1.1和下梳形块1.2与第一夹持块2和第二夹持块3的梳形结构交错布置，使得，上梳形块1.1底端和下梳形块1.2顶端的凸台与第一夹持块2和第二夹持块3上下两端凹坑分别位置相应，上梳形块1.1和下梳形块1.2分别啮合连接在第一夹持块2和第二夹持块3上下两端。在压缩过程中随试样10在长度方向的改变，上梳形块1.1和下梳形块1.2分别通过梳形结构上下移动，自动调整与第一夹持块2和第二夹持块3的相对位置。

另外，在上梳形块1.1和下梳形块1.2上分别设有两个左右对称的限位孔1.3，为确保上梳形块1.1和下梳形块1.2随试样10的长度变化上下移动均衡，上梳形块1.1和下梳形块1.2上的限位孔1.3以第二夹持块3的中心上下对称。

在试样10上也同样设有4个相应位置的限位孔1.3，如图3所示。限位销钉穿过限位孔1.3将试样10限位固定在梳形块1中间，使装夹过程中试样10与梳形块1相对位置固定，在实验过程中上梳形块1.1和下梳形块1.2随试样10的长度变化一起上下移动，以保证试样10与上梳形块1.1和下梳形块1.2的相对位置不变，可尽量减少试样10受摩擦力影响。进一步地，为在压缩过程中尽可能消除摩擦力的影响，在试样10和梳形块1、第一夹持块2、第二夹持块3相接触的表面分别喷涂0.04～0.06mm厚聚四氟乙烯，聚四氟乙烯能够消除大部分的摩擦力，提高了实验的准确性。

此外，本实施例还设有传感器和数据模块，通过传感器可测出快速定位机构受到的侧向压力，然后数据模块通过f＝μN可得出相应试样10与快速定位机构之间的摩擦系数，从而算出相应的摩擦力，在每次实验时可以进一步消除剩余摩擦力的影响，大幅度提高实验的精度，保证实验的准确性。传感器可根据实验要求及试样10与快速定位机构的具体工况选取不同的型号。

在第二夹持块3中心的左右两侧分别上下对称分布2个螺杆孔4.1，且在第一夹持块2和支撑板5上也分别设有相应的同轴的4个螺杆孔4.1，上下两组紧固螺杆4分别通过螺杆孔4.1将第一夹持块2和第二夹持块3与支撑板5相连，将快速定位机构与支撑板5紧固相连，通过弹性元件9的行程控制快速定位机构在水平方向的夹持力。第一夹持块2和第二夹持块3之间的间距可根据试样10的不同厚度进行调整，以满足不同厚度试样10在压缩实验中的夹紧需求。

另外在第一夹持块2、第二夹持块3和支撑板5上还分别设有左右水平对称的两个导柱安装孔6，两根导柱分别穿过第一夹持块2、第二夹持块3和支撑板5上的导柱安装孔6，在水平方向上对试样10的侧压力起到导向作用。

支撑板5通过安装板7固定在实验装置上，还可在安装板7侧部设置支撑架，以适应不同的实验机台，使夹持装置满足不同实验机台的实验。安装板7可利用螺栓与实验装置连接固定，也可采用其他连接形式。在支撑板5和安装板7上还具有同轴设置的弹性元件安装孔9.1，通过弹性元件安装孔9.1将弹性元件9螺栓固定在支撑板5上，弹性元件9输出端抵在第二夹持块3中心，通过快速定位机构对试样10施加侧压力。本实施例中所用的弹性元件9产生的侧压力大于试样10在压缩过程中不发生翘曲的最小侧压力，以实现为试样10提供稳定的侧压力。该试样10的最小侧压力可通过现有的有限元分析方法获得。本实施例中弹性元件9可采用氮气弹簧，通过不同规格的氮气弹簧，能够获得不同的侧压力，以适应多种材质不同厚度试样的压缩实验。

另外，为保证该夹持装置在实验过程中的稳定性，该夹持装置还设有支撑块8，支撑块8设置在该夹持装置底部，支撑夹持装置。如图4所示，在支撑块8上左右两侧具有两个与紧固螺杆4相匹配的小凹槽，中心还具有一个与弹性元件9底部相匹配的大凹槽。安装支撑块8后，下方的两个紧固螺杆4卡在左右两侧的小凹槽内，弹性元件9置于中心的大凹槽内。支撑块8可增加该夹持装置在实验过程中的稳定性。另外，当试样10采用不同长度时，还需调整该夹持装置的安装位置，优选地在支撑块8下方增设带有厚度梯度的垫块，以对应不同厚度的试样10。

该夹持装置在压缩实验时通常的安装过程如下：

1、通过有限元分析计算试样10在压缩过程中不发生翘曲的最小侧压力，选取合适的弹性元件9，通过支撑板5将弹性元件9固定。合适的弹性元件9可以使试样10获得稳定的平面夹持力,使试样10保持厚度方向的均匀移动。

2、在梳形块1、第一夹持块2、第二夹持块3内侧与试样10相接触的内表面，及试样10的外表面喷涂聚四氟乙烯，并安装适宜的传感器。

3、将试样10限位在梳形块1及第一夹持块2和第二夹持块3之间，上梳形块1.1和下梳形块1.2利用梳形结构啮合限位在第一夹持块2和第二夹持块3上下两端，梳形块1用限位销钉与试样10组合，并将两根导柱分别通过导柱安装孔6安装在支撑板5和第一夹持块2、第二夹持块3上，在水平方向上进行限位导向。通过紧固螺杆4紧固快速定位机构与支撑板5。

4、夹持装置主体组装完后，将夹持装置置于支撑块8上，并根据试样10的厚度选用相匹配的垫块。

5、支撑板5通过安装板7将夹持装置固定在实验装置的平台上。

开始压缩实验后，试样10在压缩过程中产生长度变化，上梳形块1.1和下梳形块1.2通过梳形结构的活动连接，随试样10长度的改变而改变相对位置，实现啮合间隙随试样10长度的变化而自动调整，确保在整个实验过程中对试样10的全包裹，有效防止试样10上下两端因夹持不到而产生的失稳。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置，其特征在于，所述夹持装置包括快速定位机构、支撑板(5)和弹性元件(9)；

所述快速定位机构包括梳形块(1)、第一夹持块(2)和第二夹持块(3)；所述梳形块(1)由两块上梳形块(1.1)和两块下梳形块(1.2)组成；所述上梳形块(1.1)和所述下梳形块(1.2)分别通过梳形结构活动连接在所述第一夹持块(2)和所述第二夹持块(3)的上下两端；试样(10)夹装在所述快速定位机构中，所述试样(10)上下分别与所述上梳形块(1.1)、所述下梳形块(1.2)限位固定；

所述第一夹持块(2)和所述第二夹持块(3)与所述支撑板(5)螺栓相连；所述弹性元件(9)安装在所述支撑板(5)上，所述弹性元件(9)的弹性输出端抵在所述第二夹持块(3)外侧面中心为所述试样(10)提供侧压力；当所述试样(10)受侧压力压缩伸长后，所述上梳形块(1.1)和所述下梳形块(1.2)随所述试样(10)的长度变化在所述第一夹持块(2)和所述第二夹持块(3)的上下两端上下相对移动。

2.根据权利要求1所述的防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置，其其特征在于，所述试样(10)和所述梳形块(1)、所述第一夹持块(2)、所述第二夹持块(3)相接触的表面分别喷涂聚四氟乙烯。

3.根据权利要求2所述的防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置，其特征在于，所述聚四氟乙烯喷涂厚度为0.04～0.06mm。

4.根据权利要求1所述的防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置，其特征在于，所述夹持装置还包括传感器，所述传感器实时检测所述快速定位机构受到的侧压力，通过f＝μN计算公式获得相应的摩擦力。

5.根据权利要求1所述的防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置，其特征在于，所述上梳形块(1.1)和所述下梳形块(1.2)上对称设有限位孔(1.3)，所述试样(10)的相应位置设有同样的所述限位孔(1.3)，限位销钉穿过所述限位孔(1.3)将所述试样(10)上下限位固定在所述上梳形块(1.1)和所述下梳形块(1.2)上。

6.根据权利要求1所述的防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置，其特征在于，所述上梳形块(1.1)底端、所述下梳形块(1.2)顶端及所述第一夹持块(2)和所述第二夹持块(3)上下两端分别设置梳形结构，且所述上梳形块(1.1)和所述下梳形块(1.2)与所述第一夹持块(2)和所述第二夹持块(3)的所述梳形结构交错布置，所述上梳形块(1.1)和所述下梳形块(1.2)分别啮合连接在所述第一夹持块(2)和所述第二夹持块(3)上下两端。

7.根据权利要求1所述的防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置，其特征在于，在所述第一夹持块(2)、所述第二夹持块(3)和所述支撑板(5)上还分别设有左右水平对称的两个导柱安装孔(6)，两根导柱通过所述导柱安装孔(6)安装在所述第一夹持块(2)、所述第二夹持块(3)和所述支撑板(5)上，在水平方向上引导所述试样(10)的侧压力。

8.根据权利要求1所述的防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置，其特征在于，所述夹持装置还包括安装板(7)，所述支撑板(5)通过所述安装板(7)固定在所述实验装置的平台上。

9.根据权利要求1所述的防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置，其特征在于，所述夹持装置还包括支撑块(8)，所述支撑块(8)设置在所述夹持装置底部支撑所述夹持装置。

10.根据权利要求9所述的防止不同厚度超高强度钢发生压缩失稳的夹持装置，其特征在于，在所述支撑块(8)下方增设带有厚度梯度的垫块。

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