CN112730045A - 一种剪切夹具及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种剪切夹具及其应用方法，夹具可对微小材料或者异形结构等特定试样进行夹紧定位后进行剪切强度测试，可应用于覆层钢筋和复合板材等轧制材料结合面处的剪切强度测定。夹具包括滑台、滑块、剪切刀头、试样定位组件和试样夹紧组件。剪切刀头嵌装于滑块底面下端的中间位置，滑块连接于滑台上的滑槽中，滑槽中下部设置与滑槽垂直的试样安装孔。可安装不同尺寸的试样。试样夹紧组件设置于试样安装孔的左右侧，可夹持不同形状及规格的试样。试样定位组件固定于滑台的背面，其上的试样定位螺栓可调节试样的精确位置，使试样两种金属基材之间的结合面与滑槽的底面平齐，使剪切刀头可准确剪切试样两种金属基材之间的结合面。

Description

一种剪切夹具及其应用方法
技术领域
本发明属于力学测试设备领域，尤其涉及一种剪切夹具及其应用方法。
背景技术
通常对各种材料进行剪切力学性能测试时，需要根据相关标准制作一定尺寸的标准试样，这对微小材料或异形结构的剪切强度测定造成了一定困扰，如覆层钢筋和复合板材等轧制材料结合面处的剪切强度测试，目前还没有相应的装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对特定试样具有定位装夹功能的剪切夹具及其应用方法。
本发明提供的这种剪切夹具，包括滑台、滑块、剪切刀头、试样定位组件和试样夹紧组件；滑台上有沿其长度方向的滑槽，滑台对应滑槽底面中下部的宽度方向中心面上设置有试样安装孔，试样安装孔的左右侧对称连通有试样夹紧组件安装孔，试样安装孔的上下侧对称设置有试样定位组件安装孔；滑块与滑槽的形状和尺寸匹配，剪切刀头嵌装于滑块底面一端的中间位置处，滑块以刀头端朝下从滑台顶部插入滑槽中，与滑槽为间隙配合；试样定位组件包括定位块及连接于其上的试样定位螺栓和定位块固定螺栓；定位块固定于滑台的背面，其上的试样定位螺栓与滑台上的试样安装孔位置对应；试样夹紧组件包括两活塞杆和两凸轮，两活塞杆置于滑台上的试样夹紧组件安装孔中，活塞杆的外端面为球面，两凸轮分别通过支架及紧固件对称安装于滑台两侧对应试样夹紧组件安装孔位置处，扳动凸轮可使活塞杆顶住或者松开试样。
上述技术方案的一种实施方式中，所述滑槽为燕尾槽，所述滑块的横截面为与燕尾槽匹配的梯形。
上述技术方案的一种实施方式中，所述剪切刀头的横截面形状为倒梯形，所述滑块傻瓜设置相应形状的安装槽，剪切刀头和安装槽之间为过盈配合。
上述技术方案的一种实施方式中，所述定位块为矩形块，其长度方向中间位置处开设有螺纹孔，螺纹孔的上下侧对称开设有圆孔，螺纹孔中连接所述试样定位螺栓，圆孔中连接所述定位块固定螺栓，定位块固定螺栓的末端拧入滑台上的螺纹盲孔中。
上述技术方案的一种实施方式中，所述试样定位螺栓的内端顶住试样的底面时，外端有伸出于定位块外侧的伸出段，试样定位螺栓外壁有沿其轴向的刻度线。
上述技术方案的一种实施方式中，所述活塞杆的内端面与试样的外壁形状匹配。
上述技术方案的一种实施方式中，所述凸轮设置有扳手。
本发明提供的这种利用上述夹具测试轧制双金属材料结合面剪切强度的方法，包括以下步骤：
一、试样制作
制作多个由两种金属基材结合的试样，被剪切面与试样的底面平行；
二、测量试样的被剪切面积S，mm2；
三、试样安装定位
将试样以基材较少的一端插入滑台上的试样安装孔中，旋转试样定位螺栓，使其推动试样向前移动，直至试样两种金属基材的结合面与滑槽底面平齐；
四、试样夹紧
同时扳动滑台两侧的凸轮，使两凸轮同时顶紧试样的左右侧将其夹紧；
五、滑块安装
将安装好剪切刀头的滑块从滑台的上端插入滑槽中，直至剪切刀头与试样的上侧接触；
六、将整个夹具竖直放置于万能材料试验机上；
七、对试样进行剪断操作并记录数据
将万能试验机调整为抗压强度测试模式后缓慢加载，直至试样两种金属基材的结合面处被完全剪断，记录最大荷载F，F的单位为牛顿N；
八、取下夹具，，反向扳动凸轮，反向旋转试样定位螺栓，将被破坏的试样取下；
九、参照步骤二至步骤七重新安装试样进行剪断测试并记录数据；
十、根据由下式分别计算得出各试样两种金属基材结合面处的剪切强度τ：
Figure BDA0002848560310000031
上述方法的一种实施方式中，试样的两中金属基材厚度均不小于0.2mm。
本发明的剪切夹具在滑台的滑槽中下部设置与滑槽垂直的试样安装孔，在滑台上设置试样夹紧组件和试样定位组件，试样夹紧组件可将试样左右夹紧，试样定位组件的试样定位螺栓可调节试样的精确位置，使试样两种金属基材之间的结合面与滑槽的底面平齐，从而使滑槽中滑块下端的剪切刀头可准确剪切结合面。可根据理论设计确定不同试样的尺寸后，将试样安装孔的尺寸设计为可满足不同尺寸的试样安装，试样夹紧组件的活塞杆与试样的接触面形状也可根据试样的形状进行匹配，保证试活塞杆与试样外壁之间的紧密接触，从而保证对试样的稳定夹紧。所以，本剪切夹具可对微小材料或者异形结构等特定试样进行夹紧定位后进行剪切强度测试，可应用于覆层钢筋和复合板材等轧制材料结合面处的剪切强度测定。
附图说明
图1为本发明一个实施例的主视示意图(已安装试样)。
图2为图1的俯视示意图。
图3为图1的右视示意图。
图4本实施例的一个轴侧结构示意图。
图5为本实施例的另一个轴侧结构示意图。
图6为本实施例中滑块的一个轴侧结构示意图。
图7为本实施例中试样夹紧组件的一个轴侧结构示意图。
具体实施方式
结合图1至图7可以看出，本实施例公开的这种剪切夹具，包括滑台1、滑块2、剪切刀头3、试样定位组件4和试样夹紧组件5。
滑台1上有沿其长度方向的滑槽11，滑槽为燕尾槽，滑台对应滑槽底面中下部的宽度方向中心面上设置有试样安装孔12。试样安装孔的左右两侧对称连通有试样夹紧组件安装孔，试样夹紧组件安装孔的中间位置为圆孔，圆孔的左右侧对称开设有螺纹孔。试样安装孔12的上下侧对称设置有试样定位组件安装孔，试样定位组件安装孔为滑台背面的螺纹盲孔。
滑块2的横截面为与滑槽11匹配的梯形，滑块2底面的下端中间位置处开设有倒梯形槽，剪切刀头3以过盈配合嵌装于倒梯形槽中，过盈配合无额外的连接件，保证剪切效果的同时降低加工难度。
滑块2以刀头端朝下从滑台1的顶部插入滑槽中，与滑槽间隙配合。
试样定位组件4包括定位块41、试样定位螺栓42和定位块固定螺栓43，定位块41为矩形块，其长度方向中间位置处开设有螺纹孔，螺纹孔的上方和下方对称开设有圆孔，螺纹孔中连接试样定位螺栓，圆孔中连接定位块连接螺栓43。
定位块41通过定位块固定螺栓43安装于滑台1的背面，定位块固定螺栓43拧入滑台背面的螺纹盲孔中固定。定位块41固定好后，试样定位螺栓42正对滑台1上的试样安装孔。
试样定位螺栓42的长度大于试样定位孔11边缘至定位块41外侧的距离，有一段伸出于定位块外的长度，且试样定位螺栓42的外壁有沿轴向的刻度线，以便于直接从该刻度线读出试样定位螺栓的旋入深度，以精确定位试样两种金属基材之间的结合面。
试样夹紧组件5包括两活塞杆51和两凸轮52，两活塞杆51置于滑台1上试样夹紧组件安装孔的圆孔13中，活塞杆51的外端面为球面、内端面形状与试样的外壁形状匹配，凸轮52连接有扳手，两凸轮52通过支架53对称安装于滑台1的左右两侧，凸轮52的位置与活塞杆51的位置对应，凸轮连接有扳手，凸轮52可通过滑台1的侧壁进行自锁。
同时按下两侧凸轮52的扳手，两凸轮从试样的两侧同时顶住活塞杆51将试样夹紧。
同时将两侧凸轮52的扳手松开，两凸轮同时将试样松开，被破坏试样可从滑台上的试样安装孔中取下。
本实施例利用上述剪切夹具测试轧制双金属材料结合面剪切强度的具体步骤如下：
一、试样制作
本实施例制作多个长方体试样，其具体尺寸为：平面尺寸4.9mm×3.9mm，高度为8-16mm，两端各为一种金属基材，金属基材之间的结合面平行于试样的端面，结合面作为被剪切面来测试两种金属基材之间的结合强度。两种金属基材的厚度可以不同，但两种金属基材的厚度均不能小于0.2mm，已满足现有剪切刀片的使用。
二、测量试样的被剪切面积S，S的单位为mm2。
三、安装定位试样
将试样以基材较少的一端插入滑台上的试样安装孔中，旋转试样定位螺栓，使其推动试样向前移动，根据试样定位螺栓上的刻度变化读出试样定位螺栓的旋入深度，直至试样两中金属基材的结合面与滑槽底面平齐，基材较多的一端位于试样安装孔中。
四、试样夹紧
同时扳动滑台两侧的凸轮，使两凸轮同时顶紧试样的左右侧将其夹紧。
五、滑块安装
将安装好剪切刀头的滑块从滑台的上端插入滑槽中，直至剪切刀头与试样的上侧接触；
六、将整个装置竖直放置在万能材料试验机的底座中心位置；
七、对试样进行剪断操作并记录数据
将万能试验机调整为抗压强度测试模式后缓慢加载，直至试样两种金属基材的结合面处被完全剪断，记录最大荷载F，，F的单位为牛顿N；
八、取下夹具，反向扳动凸轮，反向旋转试样定位螺栓，将被破坏的试样取下；
九、参照步骤二至步骤八重新安装试样进行剪断测试并记录数据；
十、根据由下式分别计算得出各试样两种金属基材结合面处的剪切强度τ：
Figure BDA0002848560310000061
本夹具在滑台的滑槽中下部设置与滑槽垂直的试样安装孔，在滑台上设置试样夹紧组件和试样定位组件，试样夹紧组件可将试样左右夹紧，试样定位组件的试样定位螺栓可调节试样的精确位置，使试样两种金属基材之间的结合面与滑槽的底面平齐，从而使滑槽中滑块下端的剪切刀头可准确剪切结合面。可根据理论设计确定不同试样的尺寸后，将试样安装孔的尺寸设计为可满足不同尺寸的试样安装，试样夹紧组件的活塞杆与试样的接触面形状也可根据试样的形状进行匹配，保证试活塞杆与试样外壁之间的紧密接触，从而保证对试样的稳定夹紧。所以，本剪切夹具可对微小材料或者异形结构等特定试样进行夹紧定位后进行剪切强度测试，可应用于覆层钢筋和复合板材等轧制材料结合面处的剪切强度测定。

Claims (9)

1.一种剪切夹具，其特征在于：它包括滑台、滑块、剪切刀头、试样定位组件和试样夹紧组件；
滑台上有沿其长度方向的滑槽，滑台对应滑槽底面中下部的宽度方向中心面上设置有试样安装孔，试样安装孔的左右侧对称连通有试样夹紧组件安装孔，试样安装孔的上下侧对称设置有试样定位组件安装孔；
滑块与滑槽的形状和尺寸匹配，剪切刀头嵌装于滑块底面一端的中间位置处，滑块以刀头端朝下从滑台顶部插入滑槽中，与滑槽为间隙配合；
试样定位组件包括定位块及连接于其上的试样定位螺栓和定位块固定螺栓；定位块固定于滑台的背面，其上的试样定位螺栓与滑台上的试样安装孔位置对应；
试样夹紧组件包括两活塞杆和两凸轮，两活塞杆置于滑台上的试样夹紧组件安装孔中，活塞杆的外端面为球面，两凸轮分别通过支架及紧固件对称安装于滑台两侧对应试样夹紧组件安装孔位置处，扳动凸轮可使活塞杆顶住或者松开试样。
2.如权利要求1所述的剪切夹具，其特征在于：所述滑槽为燕尾槽，所述滑块的横截面为与燕尾槽匹配的梯形。
3.如权利要求2所述的剪切夹具，其特征在于：所述剪切刀头的横截面形状为倒梯形，所述滑块下端设置相应形状的安装槽，剪切刀头和安装槽之间为过盈配合。
4.如权利要求1所述的剪切夹具，其特征在于：所述定位块为矩形块，其长度方向中间位置处开设有螺纹孔，螺纹孔的上下侧对称开设有圆孔，螺纹孔中连接所述试样定位螺栓，圆孔中连接所述定位块固定螺栓，定位块固定螺栓的末端拧入滑台上的螺纹盲孔中。
5.如权利要求4所述的剪切夹具，其特征在于：所述试样定位螺栓的内端顶住试样的底面时，外端有伸出于定位块外侧的伸出段，试样定位螺栓外壁有沿其轴向的刻度线。
6.如权利要求4所述的剪切夹具，其特征在于：所述活塞杆的内端面与试样的外壁形状匹配。
7.如权利要求1所述的剪切夹具，其特征在于：所述凸轮设置有扳手。
8.一种利用权利要求1所述的剪切夹具测试轧制双金属材料结合面剪切强度的方法，包括以下步骤：
一、试样制作
制作多个由两种金属基材结合的试样，被剪切面与试样的底面平行；
二、测量试样的被剪切面积S，S的单位为mm2；
三、试样安装定位
将试样以基材较少的一端插入滑台上的试样安装孔中，旋转试样定位螺栓，使其推动试样向前移动，直至试样两种金属基材的结合面与滑槽底面平齐；
四、试样夹紧
同时扳动滑台两侧的凸轮，使两凸轮同时顶紧试样的左右侧将其夹紧；
五、安装滑块
将安装好剪切刀头的滑块从滑台的上端插入滑槽中，直至剪切刀头与试样的上侧接触；
六、将整个夹具竖直放置于万能材料试验机上；
七、对试样进行剪断操作并记录数据
将万能试验机调整为抗压强度测试模式后缓慢加载，直至试样两种金属基材的结合面处被完全剪断，记录最大荷载F，F的单位为牛顿N；
八、取下夹具，反向扳动凸轮，反向旋转试样定位螺栓，将被破坏的试样取下；
九、参照步骤二至步骤七重新安装试样进行剪断测试并记录数据；
十、根据由下式分别计算得出各试样两种金属基材结合面处的剪切强度τ：
Figure FDA0002848560300000031
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：试样的两种金属基材厚度均不小于0.2mm。
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