CN116008071A - 一种法向加载薄板微拉伸试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种法向加载薄板微拉伸试验装置，其解决了现有试验装置采用螺杆机械施压，无法灵活改变法向压力大小的技术问题，其压力加载装置设有固定板框、左压力加载装置、右压力加载装置、导向装置；左压力加载装置设有左电动推杆，其左端与固定板框连接，左电动推杆、第一推板、左压头加载装置从左向右连接；右压力加载装置设有右电动推杆，其右端与固定板框连接，右电动推杆、第二推板、氮气弹簧、第三推板、压力传感器、第四推板、右压头加载装置从右向左连接；左压头加载装置与右压头加载装置正对间隔设置；导向装置设有导杆，导杆分别贯穿并与第一推板、第二推板、第三推板、第四推板滑动连接，可广泛应用于薄板力学性能测试技术领域。

Description

一种法向加载薄板微拉伸试验装置

技术领域

本申请涉及薄板力学性能测试技术领域，特别涉及一种法向加载薄板微拉伸试验装置。

背景技术

微机电系统(MEMS)因其具有微型化、智能化、多功能、高集成度和适于大批量生产等特点在电子、医学、工业、汽车和航空航天系统有着广泛的应用前景。随着MEMS技术的不断发展对金属薄板零件的需求不断增加，如何高质量制造金属薄板微型零件是促进MEMS技术发展的关键之一。塑性微成形技术是制造金属薄板微型零件的一种微细加工技术，具有零件性能好、精度高、成本低、装置结构简单，适宜批量化生产等优点，是解决金属薄板微型零件可控制造的关键。然而，随着拉伸试样厚度的减薄，比表面积显著增加，材料的塑性明显变差，出现了明显的尺度效应现象，严重限制了金属薄板塑性微成形技术在制造金属薄板零件中的应用。通过研究发现，对金属薄板施加法向压力能够提高金属薄板内部的静水压力，降低局部应力集中现象，抑制裂纹萌生和扩展，延迟颈缩过程，从而能够提高金属薄板成形性。因此，通过对金属薄板施加法向压力进而提高成形性的工艺得到了发展。

目前在金属薄板塑性微成形技术中，关于法向加载下薄板微拉伸力学性能的研究正在成为研究的热点，尤其是尺度效应影响的薄板材料力学性能方面。公开号为CN114323949A的中国发明公开了一种法向加载薄板微拉伸试验装置，通过螺杆机械施压方式，灵活改变法向压力大小；利用氮气第一微型弹簧的活塞杆小量伸缩对其压力影响较小的特点，有效避免因拉伸试样变形导致厚度减小而引起的法向压力降低等问题，保障法向加载试验测试的准确性和稳定性；不仅可以测试法向加载下薄板的拉伸力学性能，同时可以测定薄板塑性变形过程中的摩擦行为，还可以通过压头实现不同界面条件小薄板塑性变形过程中的摩擦行为测定。但是，该试验装置存在的主要问题是，采用螺杆机械施压，无法灵活改变法向压力大小。该技术问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种法向加载薄板微拉伸试验装置，可以灵活改变法向压力大小，使试验操作更加方便快捷。

为此，本发明提供一种法向加载薄板微拉伸试验装置，其设有压力加载装置，压力加载装置设有固定板框、设置在固定板框内的左压力加载装置、右压力加载装置、导向装置，左压力加载装置与右压力加载装置正对设置；左压力加载装置从左到右设有左电动推杆、第一推板、左压头加载装置；右压力加载装置从右到左设有右电动推杆、第二推板、氮气弹簧、第三推板、压力传感器、第四推板、右压头加载装置；导向装置设有导杆；

左电动推杆的左端与固定板框相连接，左电动推杆的右端与第一推板相连接，第一推板与左压头加载装置相连接；右电动推杆的右端与固定板框相连接，右电动推杆的左端与第二推板相连接，第二推板与氮气弹簧相连接，氮气弹簧与第三推板相连接，第三推板与压力传感器相连接，压力传感器与第四推板相连接，第四推板与右压头加载装置相连接；左压头加载装置与右压头加载装置左右正对间隔设置；导杆分别贯穿第一推板、第二推板、第三推板、第四推板，且导杆分别与第一推板、第二推板、第三推板、第四推板滑动连接，导杆的两端与固定板框相连接。

优选的，左压头加载装置从左到右设有压头安装座、压头微调装置、压头支撑旋转装置、压头装置；压头装置设有压头容置座、压头，压头安装在压头容置座的右侧；压头装置分别通过压头微调装置、压头支撑旋转装置与压头安装座的压头容置座相连接；压头安装座安装在第一推板上；

压头微调装置设有第一杆体、调整螺母、第一微型弹簧、第二杆体，第一杆体设有外螺纹，第一杆体的左端与压头安装座相连接，第一杆体的右端通过外螺纹与调整螺母的左侧螺纹连接；第二杆体的杆体上连接设有阻挡部，位于阻挡部左侧的第二杆体插入调整螺母的右侧内，且与第一杆体的右端正对相隔设置；第一微型弹簧的左端插入调整螺母的右侧内，且与第一杆体的右端相连接，第一微型弹簧的右端套设在位于阻挡部左侧的第二杆体上，且与阻挡部相连接，第一微型弹簧处于拉伸状态；位于阻挡部右侧的第二杆体与压头装置的压头容置座通过第一球形转轴转动连接；调整螺母的右侧抵靠在阻挡部的左侧，通过旋转调整螺母，实现压头装置的微调；

压头支撑旋转装置设有支撑杆体和支撑块，支撑杆体的左端与压头安装座相连接，支撑杆体的右端与支撑块通过第二球形转轴转动连接，支撑块安装设有压头装置。

优选的，压头支撑旋转装置的数量为1个，其四周布设有4个相同的压头微调装置，4个压头微调装置与压头支撑旋转装置的支撑杆体相互之间平行设置，且压头微调装置的第一杆体与压头安装座相垂直，4个压头微调装置的第一球形转轴的连线形成矩形，矩形两条对角线的连线的交点设置有第二球形转轴。

优选的，压头装置还设有电信号接收器、压电陶瓷传感器、连接板，压头容置座的右侧连接设有压电陶瓷传感器，压电陶瓷传感器由多个压电陶瓷片构成，每个压电陶瓷片分别通过线缆与电信号接收器电连接；压电陶瓷片阵列式连接设置在压头的左侧，压头为橡胶板；压头容置座的右侧开设有压头容腔，压电陶瓷传感器通过连接板安装在压头容腔内，电信号接收器安装在连接板上；连接板开设有安装腔，安装腔内安装设有电信号接收器，压头露出压头容腔的开口边沿并向外延伸。

优选的，压头装置还设有压头支撑固定装置，压头支撑固定装置设有橡胶限位柱、限位块、第二微型弹簧、弹簧限位杆，橡胶限位柱和限位块的数量分别设置为多个，橡胶限位柱连接设置在压头容腔的底部，连接板的四周边缘处固定设置有橡胶限位柱；相邻两个橡胶限位柱的外侧连接设有一个限位块；弹簧限位杆的数量设置为多个，每个弹簧限位杆的一端与压头容腔的侧壁相连接，每个弹簧限位杆的另一端与限位块的外侧相隔正对设置，每个弹簧限位杆套设有一个第二微型弹簧，第二微型弹簧的一端与压头容腔的侧壁相连接，第二微型弹簧的另一端与限位块的外侧相连接，且第二微型弹簧处于压缩状态，将弹簧弹力通过限位块施加在与所属限位块相连接的橡胶限位柱上。

优选的，左压头加载装置与右压头加载装置相同。

优选的，固定板框设有上底板、左侧板、下底板、右侧板，上底板、左侧板、下底板、右侧板首尾依次相连成框体结构；左电动推杆的左端与左侧板相连接，右电动推杆的右端与右侧板相连接；上底板开设有供上夹持器穿过的第一通孔，下底板开设有供下夹持器穿过的第二通孔，第一通孔、第二通孔上下正对设置。

优选的，法向加载薄板微拉伸试验装置还设有支撑固定装置、以及安装在支撑固定装置上的空间调整装置，空间调整装置设有支撑块、滑块、水平导柱、以及自锁装置；水平导柱通过支撑块安装在支撑固定装置上，滑块套设在水平导柱上，且与水平导柱滑动连接；滑块与固定板框固定连接；自锁装置设有自锁螺钉，滑块开设有带螺纹的第三通孔，自锁螺钉与第三通孔螺纹连接且抵靠在水平导柱上，将滑块可拆卸的固定在水平导柱上；水平导柱与导杆相互垂直；支撑固定装置的数量至少两个，且相互平行。

优选的，支撑固定装置设有上基座、支撑柱、下基座，上基座与下基座上下间隔设置，上基座和下基座分别安装在支撑柱上；上基座开设有供下夹持器穿过的第四通孔，下基座开设有供下夹持器穿过的第五通孔；第二通孔、第四通孔、第五通孔上下正对设置；水平导柱通过支撑块安装在上基座上。

优选的，法向加载薄板微拉伸试验装置还设有双向拉伸装置，双向拉伸装置设有固定环、传动齿条、齿轮定位装置、及两个双向拉伸夹头；两个双向拉伸夹头正对间隔设置，用于夹持十字拉伸试样的前后两端；每个双向拉伸夹头设有试样夹头、连接在试样夹头尾部的连接架体，连接架体分别开设有横向条形通孔，横向条形通孔的内孔壁设有横向条形齿；齿轮定位装置设有转轴、支架、以及分别固定连接在转轴上的第一转动齿轮、第二转动齿轮，支架与固定板框固定连接，转轴自转连接在支架上；转轴横向贯穿横向条形通孔，且第一转动齿轮与横向条形齿的齿条部形成齿轮齿条啮合配合；第二转动齿轮与传动齿条的齿条部形成齿轮齿条啮合配合，传动齿条的上端与固定环相连接。

本发明的有益效果是：本发明提供一种法向加载薄板微拉伸试验装置，其设有固定板框、设置在固定板框内的左压力加载装置、右压力加载装置、导向装置，左压力加载装置设有左电动推杆，右压力加载装置设有右电动推杆设置，氮气弹簧等相关部件采用推板进行连接，可以灵活改变法向压力大小，使试验操作更加方便快捷。另外，本装置的压头加载装置配备了由多个彼此独立的压电陶瓷片构成的压电陶瓷传感器，能够分别测量试样表面多个区域的真实压力，通过外部的压力显示器能够清楚的反映各个区域的压力值，进而显示压力分布情况；本发明还设有压头支撑旋转装置，其四周布设有4个相同的压头微调装置，能够根据压力分布调节压头微调装置来控制压头平面，最终使得两个压头平面与试样表面垂直，使得法向压力方向与试样表面垂直，进而保证在加压过程中，试样表面受到均匀的法向压力和保证试样沿法向压力方向不发生扭曲。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种法向加载薄板微拉伸试验装置的结构示意图；

图2为图1所示的支撑固定装置的结构示意图；

图3为图1所示的空间调整装置的结构示意图；

图4为图1所示的压力加载装置的结构示意图；

图5为图4所示的删除固定板框、及左右电动推杆的结构示意图；

图6为图5所示的压头加载装置的结构示意图；

图7为图6所示的去除的压头安装座的另一个视角的结构示意图；

图8为图6所示的压头微调装置的局部剖视图的结构示意图；

图9为安装有压头支撑旋转装置的压头装置的爆炸图的结构示意图；

图10为压头容置座、压头支撑固定装置的结构示意图；

图11为压头支撑旋转装置、压头装置的局部剖视图的结构示意图；

图12为压电陶瓷传感器、压头的结构示意图；

图13为图12所示的另一个视角的结构示意图；

图14为另一种法向加载薄板微拉伸试验装置的结构示意图；

图15为图14所示的安装在下底板上的双向拉伸装置的结构示意图；

图16为图15所示的双向拉伸夹头的结构示意图；

图17为图16所示的双向拉伸夹头传动原理的结构示意图；

图18为图17所示的传动齿轮的结构示意图；

图19为图15所示的水平滑台的结构示意图。

图中标记：1.压头安装座，2.压头微调装置，3.压头支撑旋转装置，4.压头装置，5.固定板框，6.左压力加载装置，7.右压力加载装置，8.导向装置，9.空间调整装置，10.支撑固定装置，11.横部，12.安装通孔，13.开口，14.紧固端，15.紧固螺栓，16.竖部，17.双向拉伸装置，18.固定环，19.传动齿条，20.双向拉伸夹头，21.第一杆体，22.调整螺母，23.第一微型弹簧，24.第二杆体，25.阻挡部，26.第一球形转轴，29转轴，30支架，31.支撑杆体，32.支撑块，33.第二球形转轴，34.第一转动齿轮，35.第二转动齿轮，36.水平滑台，41.压头容置座，42.压头，43.电信号接收器，44.压电陶瓷传感器，45.线缆，46.连接板，47.压头支撑固定装置，51.上底板，52.左侧板，53.下底板，54.右侧板，61.左电动推杆，62.第一推板，63.左压头加载装置，71.右电动推杆，72.第二推板，73.氮气弹簧，74.第三推板，75.压力传感器，76.第四推板，77.右压头加载装置，81.导杆，82.导杆固定板，91.支撑块，92.滑块，93.水平导柱，94.自锁螺钉，101.上基座，102.支撑柱，103.下基座，201.试样夹头，202.连接架体，361.条形滑轨，411.压头容腔，441.压电陶瓷片，461.安装腔，471.橡胶限位柱，472.限位块，473.第二微型弹簧，474.弹簧限位杆511.第一通孔，531.第二通孔，921.第三通孔，1011.第四通孔，1031.第五通孔，2021.横向条形通孔，2022.横向条形齿。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。本发明中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的方法；所使用的原料和装置，如无特殊规定，均为常规的市售产品。

实施例1：

由图1所示，本发明提供一种法向加载薄板微拉伸试验装置，其设有压力加载装置，压力加载装置设有固定板框5、设置在固定板框5内的左压力加载装置6、右压力加载装置7、导向装置8，左压力加载装置6与右压力加载装置7正对设置；由图5所示，左压力加载装置6从左到右设有左电动推杆61、第一推板62、左压头加载装置63；右压力加载装置7从右到左设有右电动推杆71、第二推板72、氮气弹簧73、第三推板74、压力传感器75、第四推板76、右压头加载装置77；导向装置8设有导杆81；左压力加载装置6和右压力加载装置7可以为现有装置，例如现有压头。

由图4、图5所示，左电动推杆61的左端与固定板框5相连接，左电动推杆61的右端与第一推板62相连接，第一推板62与左压头加载装置63相连接；右电动推杆71的右端与固定板框5相连接，右电动推杆71的左端与第二推板72相连接，第二推板72与氮气弹簧73相连接，氮气弹簧73与第三推板74相连接，第三推板74与压力传感器75相连接，压力传感器75与第四推板76相连接，第四推板76与右压头加载装置77相连接；左压头加载装置63与右压头加载装置77左右正对间隔设置；导杆81分别贯穿第一推板62、第二推板72、第三推板74、第四推板76，且导杆81分别与第一推板62、第二推板72、第三推板74、第四推板76滑动连接；第一推板62、第二推板72、第三推板74、第四推板76内最好安装与导杆81相适配的导套；导杆81的两端与固定板框5相连接。

在左电动推杆61的作用力下，先后经第一推板62施加压力、左压头加载装置63对该作用力进行传导；同时，在右电动推杆71的作用力下，先后经第二推板72、氮气弹簧73、第三推板74、压力传感器75、第四推板76、右压头加载装置77对该作用力进行传导，最终对加载在左压头加载装置63与右压头加载装置77之间的待测试样施加法向应力；在此过程中，氮气弹簧73因承受压力而被压缩。通过调整左电动推杆61和右电动推杆71作用力大小，可实现对待测试样的法向应力的大小的调节。

由图6所示，左压力加载装置63从左到右设有压头安装座1、压头微调装置2、压头支撑旋转装置3、压头装置4。由图9所示，压头装置4设有压头容置座41、压头42，压头42安装在压头容置座41的右侧。由图6-图9所示，压头装置4分别通过压头微调装置2、压头支撑旋转装置3与压头安装座1的压头容置座41相连接。在压头微调装置2的作用下，压头安装座1的压头容置座41绕着压头支撑旋转装置3细微旋转，实现压头42朝向的细微调整，最大限度的减少模具加工和安装过程的误差，保证压头42表面与试样表面相互平行，提高压力数据的准确性。

作为优选的实施例，由图8所示，压头微调装置2设有第一杆体21、调整螺母22、第一微型弹簧23、第二杆体24，第一杆体21设有外螺纹，第一杆体21的左端与压头安装座1相连接，第一杆体21的右端通过外螺纹与调整螺母22的左侧螺纹连接；第二杆体24的杆体上连接设有阻挡部25，位于阻挡部25左侧的第二杆体24插入调整螺母22的右侧内，且与第一杆体21的右端正对相隔设置；第一微型弹簧23的左端插入调整螺母22的右侧内，且与第一杆体21的右端相连接，第一微型弹簧23的右端套设在位于阻挡部25左侧的第二杆体24上，且与阻挡部25相连接，第一微型弹簧23处于拉伸状态；位于阻挡部25右侧的第二杆体24与压头装置4的压头容置座41通过第一球形转轴26转动连接；调整螺母22的右侧抵靠在阻挡部25的左侧，通过旋转调整螺母22，使第二杆体24向左或者向右移动，进而推动压头容置座41绕着第一球形转轴26转动，实现压头装置4的微调。在整个过程中，第一微型弹簧23处于拉伸状态的弹簧弹力的作用下，调整螺母22的右侧始终抵靠在阻挡部25的左侧，且在调整螺母22内，第一杆体21和第二杆体24始终正对间隔设置。

作为优选的实施例，由图6、图7、图11所示，压头支撑旋转装置3设有支撑杆体31和支撑块32，支撑杆体31的左端与压头安装座1相连接，支撑杆体31的右端与支撑块32通过第二球形转轴33转动连接，支撑块32安装设有压头装置4。使压头安装座1在绕着第一球形转轴26转动的同时，也绕着第二球形转轴33转动，进一步增加压头装置4微调的稳定可靠性。

作为进一步优选的实施例，由图6、图7、图11所示，压头支撑旋转装置3的数量为1个，其四周布设有4个相同的压头微调装置2，4个压头微调装置2与压头支撑旋转装置3的支撑杆体31相互之间平行设置，且压头微调装置2的第一杆体21与压头安装座1相垂直，4个压头微调装置2的第一球形转轴26的连线形成矩形，矩形两条对角线的连线的交点设置有第二球形转轴33。

该压头微调装置2有两种微调方式，一种微调方式是同时对上述矩形处于对角位置设置的两个压头微调装置2的调整螺母22进行操作，其中的一个调整螺母22向一个方向旋转，同时另一个的调整螺母22以同样的速度向相反的方向旋转，此时压头安装座1以第二球形转轴33为支点进行旋转，与一个压头微调装置2的相连接的压头安装座1的一端即矩形的一个角缓慢上升，其对角位置的另一个压头微调装置2相连接的压头安装座1的一端即该矩形的另一个角缓慢下降，最终实现压头42两个对角朝向的细微调整。另一种微调方式是对上述矩形处于一对相邻位置设置的两个压头微调装置2、及另一对相邻位置设置的两个压头微调装置2的调整螺母22进行操作，其中的一对相邻位置设置的两个压头微调装置2的调整螺母22同时向一个方向旋转，另一对相邻位置设置的两个压头微调装置2的调整螺母22同时以同样的速度向相反的方向旋转，此时压头安装座1以第二球形转轴33为支点进行旋转，与一对相邻位置设置的两个压头微调装置2相连接的压头安装座1的一端即矩形的一条边缓慢上升，另一对相邻位置设置的两个压头微调装置2相连接的压头安装座1的一端即该矩形的另一条边缓慢下降，最终实现压头42的两条对边朝向的细微调整(跷跷板原理)。

作为优选的实施例，由图11-图13所示，压头装置4还设有电信号接收器43、压电陶瓷传感器44，压头容置座41的右侧连接设有压电陶瓷传感器44，压电陶瓷传感器44通过线缆45与电信号接收器43电连接，压电陶瓷传感器44的右侧安装设有压头42。压电陶瓷传感器44感应来自压头42的压力，并将压力转化为电信号通过线缆45传送至电信号接收器43，通常电信号接收器43与外部的压力显示器通过无线或有线相连。

现有技术压力传感器只能测量压头42与试样接触面的整体的压力，无法测量试样表面受到的真实压力，在压力不均时，试样表面各部分的压力差会导致实验结果的不准确。作为进一步优选的实施例，由由图11-图13所示，压电陶瓷传感器44由多个压电陶瓷片441构成，每个压电陶瓷片441分别通过线缆45与电信号接收器43电连接；压电陶瓷片441阵列式连接设置在压头42的左侧，压头42为橡胶板，完全将压电陶瓷片441覆盖包裹，用于保护压电陶瓷传感器44不被高压和粗糙的试样表面破坏。阵列式的压电陶瓷片441相互独立，最好紧密的粘接在一起，中间不留缝隙。多个独立的压电陶瓷片441组装的压电陶瓷传感器44，橡胶板具有弹性，将来自试样各区域的压力分别传递至压电陶瓷片441上，使压电陶瓷传感器44能够分别测量试样表面多个区域的真实压力，通过外部的压力显示器能够清楚的反映各个区域的压力值，进而显示压力分布情况。压头42最好采用超薄橡胶板，通常厚度为0.5～1mm，使压力更容易传递至压电陶瓷片441上。

通过压头微调装置2和压头支撑旋转装置3组合使用，可以进一步保证压头42平面和试样表面的平行、以及法向压力与试样表面的垂直。可进一步结合压电陶瓷片441能够显示试样表面多块区域的压力分布，能够综合判断两个正对设置的压头42表面与试样表面是否平行，根据实际情况，进而通过转动压头微调装置2的调整螺母22来调节压头42平面的朝向，使得两个正对设置的压头42平面与试样表面垂直，使得法向压力方向与试样表面垂直，进而保证在加压过程中，最终实现试样表面受到均匀的法向压力，保证试样沿法向压力方向不发生扭曲。

作为更进一步优选的实施例，由图11-图13所示，为了便于压电陶瓷传感器44和电信号接收器43安装和保护，压头装置4还设有连接板46，压头容置座41的右侧开设有压头容腔411，压电陶瓷传感器44通过连接板46安装在压头容腔411内，电信号接收器43安装在连接板46上；连接板46开设有安装腔461，安装腔461内安装设有电信号接收器43，压头42露出压头容腔411的开口边沿并向外延伸。

作为优选的实施例，由图9-图11所示，压头装置4还设有压头支撑固定装置47，压头支撑固定装置47设有橡胶限位柱471、限位块472、第二微型弹簧473、弹簧限位杆474，橡胶限位柱471和限位块472的数量分别设置为多个，橡胶限位柱471连接设置在压头容腔411的底部，连接板46的四周边缘处固定设置有橡胶限位柱471，在连接板46的四周边缘处的多个橡胶限位柱471协同作用下，将连接板46可拆卸的安装其内；相邻两个橡胶限位柱471的外侧连接设有一个限位块472；弹簧限位杆474的数量设置为多个，每个弹簧限位杆474的一端与压头容腔411的侧壁相连接，每个弹簧限位杆474的另一端与限位块472的外侧相隔正对设置，每个弹簧限位杆474套设有一个第二微型弹簧473，第二微型弹簧473的一端与压头容腔411的侧壁相连接，第二微型弹簧473的另一端与限位块472的外侧相连接，且第二微型弹簧473处于压缩状态，将弹簧弹力通过限位块472施加在与该限位块472相连接的橡胶限位柱471上，橡胶限位柱471具有橡胶弹性，在弹簧弹力的作用下，通过限位块472、橡胶限位柱471从四周向连接板46施加预紧力，使连接板46安装其内，同时当压电陶瓷片441承受压力发生弹性变形时能够承受一定的变形，从而能够保护压电陶瓷传感器44，避免其无法变形而损坏。

左压力加载装置63从左到右设有压头安装座1、压头微调装置2、压头支撑旋转装置3、压头装置4；压头装置4分别通过压头微调装置2、压头支撑旋转装置3与压头安装座1相连接。在压头微调装置2的作用下，压头安装座1绕着压头支撑旋转装置3细微旋转，实现压头42朝向的细微调整，最大限度的减少模具加工和安装过程的误差，保证压头42表面与试样表面相互平行，提高压力数据的准确性。

作为优选的实施例，左压头加载装置63与右压头加载装置77相同，进一步减少模具加工和安装过程的误差，保证压头42表面与试样表面相互平行，提高压力数据的准确性。

作为优选的实施例，为了使左压力加载装置63与右压力加载装置7固定的更加牢固，由图1、图4所示，固定板框5设有上底板51、左侧板52、下底板53、右侧板54，上底板51、左侧板52、下底板53、右侧板54首尾依次相连成框体结构；左电动推杆61的左端与左侧板52相连接，右电动推杆71的右端与右侧板54相连接；上底板51开设有供上夹持器穿过的第一通孔511，下底板53开设有供下夹持器穿过的第二通孔531，第一通孔511、第二通孔531上下正对设置。导杆81的两端最好分别采用导杆固定板82固定在固定板框5得的下底板53上。

作为优选的实施例，为了便于压力加载装置相对于水平导柱93位于水平面内的垂直方向上的调整，由图1、图3所示，法向加载薄板微拉伸试验装置还设有支撑固定装置10、以及安装在支撑固定装置10上的空间调整装置9，支撑固定装置10可以采用现有装置。空间调整装置9设有支撑块91、滑块92、水平导柱93、以及自锁装置；水平导柱93通过支撑块91安装在支撑固定装置10上，支撑块91可以为现有装置，也可以采用倒T型支撑块91，倒T型支撑块91设有相连接的横部11和竖部16形成倒T型结构，其中横部11用于将空间调整装置9固定在支撑固定装置10上，竖部16远离横部11的一端设有圆形卡箍，圆形卡箍设有与水平导柱93外径相适配的安装通孔12、及与安装通孔12相连通的开口13，开口13的两端分别设有一个紧固端14，紧固端14设有螺纹孔，与螺纹孔相适配的紧固螺栓15先后穿过上述两个紧固端14，通过螺纹施加力将两个紧固端14略微变形而相互靠近，使开口13缩小，达到紧固水平导柱93的目的，该紧固结构安装拆卸方便快捷。滑块92套设在水平导柱93上，且与水平导柱93滑动连接，在滑块92中最好内嵌导套，导套与水平导柱93适配滑动连接；滑块92与固定板框5固定连接；自锁装置设有自锁螺钉94，滑块92开设有带螺纹的第三通孔921，自锁螺钉94与第三通孔921螺纹连接且抵靠在水平导柱93上，将滑块92可拆卸的固定在水平导柱93上；水平导柱93与导杆81相互垂直；支撑固定装置10的数量为两个，且相互平行，根据实际情况，支撑固定装置10的数量也可以多于两个，且相互平行。压力加载装置相对于水平导柱93在垂直方向位置进行调整时，转动自锁螺钉94脱离对水平导柱93的抵靠，推动滑块92连同固定板框5一起沿着水平导柱93滑动，当固定板框5内的压头42移动到与试样的预设位置时，转动自锁螺钉94完成对水平导柱93的抵靠，将滑块92固定在水平导柱93上，进而完成固定板框5的位置固定。

作为优选的实施例，为了提高压力加载装置的稳定性，由图1、图2所示，支撑固定装置10设有上基座101、支撑柱102、下基座103，上基座101与下基座103上下间隔设置，上基座101和下基座103分别安装在支撑柱102上。上基座101开设有供下夹持器穿过的第四通孔1011，下基座103开设有供下夹持器穿过的第五通孔1031。第二通孔531、第四通孔1011、第五通孔1031上下正对设置；水平导柱93通过支撑块91安装在上基座101上。通常下基座103通过螺钉固定在实验台上，上基座101、下基座103设置为板状结构，且二者最好保持平行，采用六根支撑柱102分别完成上基座101、下基座103的固定安装，安装完后用水平仪检查上基座101的上表面和下基座103的下表面的平行度，倾斜角小于1°视为合格。在使用时，将拉伸机的下夹持器从下到上分别穿过第五通孔1031、第四通孔1011、以及下底板53的第二通孔531，与下夹持器共同完成试样的夹持；下基座103、支撑柱102和上基座101可选用铝及铝合金加工而成，减轻重量并保持该结构的稳定性。

实施例2：

由图14、图15所示，在实施例1技术方案的基础上，法向加载薄板微拉伸试验装置还设有双向拉伸装置17，双向拉伸装置17设有固定环18、传动齿条19、水平滑台36、齿轮定位装置、及两个双向拉伸夹头20；两个双向拉伸夹头20正对间隔设置，用于夹持十字拉伸试样的前后两端，使用时，本发明的一对双向拉伸夹头20与拉伸实验机的上下夹头相配合，共同对十字拉伸试样的四个十字臂分别进行固定拉伸。

由图15～图18所示，每个双向拉伸夹头20设有试样夹头201、连接在试样夹头201尾部的连接架体202，试样夹头201属于现有装置，可以为锲形夹，也可以为其他现有夹头。连接架体202分别开设有横向条形通孔2021，横向条形通孔2021的内孔壁设有横向条形齿2022；齿轮定位装置设有转轴29、支架30、以及分别固定连接在转轴29上的第一转动齿轮34、第二转动齿轮35，支架30与固定板框5固定连接，转轴29自转连接在支架30上；通常支架30固定在下底板53上。转轴29横向贯穿横向条形通孔2021，且第一转动齿轮34与横向条形齿2022的齿条部形成齿轮齿条啮合配合；第二转动齿轮35与传动齿条19的齿条部形成齿轮齿条啮合配合，传动齿条19的上端与固定环18相连接；固定环18为环状结构，用于拉伸实验机的上夹头从中穿过，且将固定环18与拉伸实验机的上夹头相固定。

由图15、图19所示，为了使上述双向拉伸夹头20向相反的方向移动更加稳定可靠，双向拉伸装置17还设有水平滑台36，水平滑台36固定在下底板53上，水平滑台36上滑动连接试样夹头201。水平滑台36上最好设有与双向拉伸夹头20行进方向相同的条形滑轨361，相应的，试样夹头201的底部开设有条形滑槽，条形滑轨361与条形滑槽相适配。

使用时，拉伸实验机的上夹头向上移动，在拉伸十字拉伸试样的上端的同时，带动固定环18连同传动齿条19向上移动，从而带动与传动齿条19相啮合的第二转动齿轮35转动，进而带动与第二转动齿轮35同轴固定连接的第一转动齿轮34转动，最后带动与第一转动齿轮34相啮合的横向条形齿2022发生横向移动，实现连接架体202连同试样夹头201的横向移动，一对双向拉伸夹头20向相反的方向拉伸十字拉伸试样的前后两端。与拉伸实验机的上夹头拉伸十字拉伸试样的上下两端相配合，最终实现十字拉伸试样的四个十字臂分别进行拉伸。

本发明提供一种法向加载薄板微拉伸试验装置，其设有固定板框、设置在固定板框内的左压力加载装置6、右压力加载装置7、导向装置8，左压力加载装置6设有左电动推杆61，右压力加载装置7设有右电动推杆设置71，氮气弹簧73等相关部件采用推板进行连接，可以灵活改变法向压力大小，使试验操作更加方便快捷。另外本装置的压头加载装置配备了由多个彼此独立的压电陶瓷片441构成的压电陶瓷传感器44，能够分别测量试样表面多个区域的真实压力，通过外部的压力显示器能够清楚的反映各个区域的压力值，进而显示压力分布情况；本发明还设有压头支撑旋转装置3，其四周布设有4个相同的压头微调装置2，能够根据压力分布调节压头微调装置2来控制压头平面，最终使得两个压头平面与试样表面垂直，使得法向压力方向与试样表面垂直，进而保证在加压过程中，试样表面受到均匀的法向压力和保证试样沿法向压力方向不发生扭曲。

当在十字拉伸试样表面施加设定的压力后，启动单向拉伸试验机，单向拉伸试验机横梁向上移动带动上夹头向上移动，同时通过齿轮齿条传动方式实现两个双向拉伸夹头20同时向相反的方向运动。通过这种方法，单向拉伸试验机、双向拉伸夹头20和压力加载装置对十字拉伸试样表面施加的稳定法向压力，可以实现任意三维应力状态下薄板拉伸行为和成形极限的测定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”、“外”、“背”、“中间”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具备特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是，在上述的实施方式中，所述的“第一”、“第二”和“第三”并不代表结构和/或功能上的绝对区分关系，也不代表先后的执行顺序，而仅仅是为了描述的方便。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种法向加载薄板微拉伸试验装置，其设有压力加载装置，其特征在于，所述压力加载装置设有固定板框(5)、设置在所述固定板框(5)内的左压力加载装置(6)、右压力加载装置(7)、导向装置(8)，所述左压力加载装置(6)与所述右压力加载装置(7)正对设置；所述左压力加载装置(6)从左到右设有左电动推杆(61)、第一推板(62)、左压头加载装置(63)；所述右压力加载装置(7)从右到左设有右电动推杆(71)、第二推板(72)、氮气弹簧(73)、第三推板(74)、压力传感器(75)、第四推板(76)、右压头加载装置(77)；所述导向装置(8)设有导杆(81)；

所述左电动推杆(61)的左端与所述固定板框(5)相连接，所述左电动推杆(61)的右端与所述第一推板(62)相连接，所述第一推板(62)与所述左压头加载装置(63)相连接；所述右电动推杆(71)的右端与所述固定板框(5)相连接，所述右电动推杆(71)的左端与所述第二推板(72)相连接，所述第二推板(72)与所述氮气弹簧(73)相连接，所述氮气弹簧(73)与所述第三推板(74)相连接，所述第三推板(74)与所述压力传感器(75)相连接，所述压力传感器(75)与所述第四推板(76)相连接，所述第四推板(76)与所述右压头加载装置(77)相连接；所述左压头加载装置(63)与所述右压头加载装置(77)左右正对间隔设置；所述导杆(81)分别贯穿所述第一推板(62)、所述第二推板(72)、所述第三推板(74)、所述第四推板(76)，且所述导杆(81)分别与所述第一推板(62)、所述第二推板(72)、所述第三推板(74)、所述第四推板(76)滑动连接，所述导杆(81)的两端与所述固定板框(5)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种法向加载薄板微拉伸试验装置，其特征在于，所述左压头加载装置(63)从左到右设有压头安装座(1)、压头微调装置(2)、压头支撑旋转装置(3)、压头装置(4)；所述压头装置(4)设有压头容置座(41)、压头(42)，所述压头(42)安装在所述压头容置座(41)的右侧；所述压头装置(4)分别通过所述压头微调装置(2)、所述压头支撑旋转装置(3)与所述压头安装座(1)的压头容置座(41)相连接；所述压头安装座(1)安装在所述第一推板(62)上；

所述压头微调装置(2)设有第一杆体(21)、调整螺母(22)、第一微型弹簧(23)、第二杆体(24)，所述第一杆体(21)设有外螺纹，所述第一杆体(21)的左端与所述压头安装座(1)相连接，所述第一杆体(21)的右端通过所述外螺纹与所述调整螺母(22)的左侧螺纹连接；所述第二杆体(24)的杆体上连接设有阻挡部(25)，位于所述阻挡部(25)左侧的所述第二杆体(24)插入所述调整螺母(22)的右侧内，且与所述第一杆体(21)的右端正对相隔设置；所述第一微型弹簧(23)的左端插入所述调整螺母(22)的右侧内，且与所述第一杆体(21)的右端相连接，所述第一微型弹簧(23)的右端套设在位于所述阻挡部(25)左侧的所述第二杆体(24)上，且与所述阻挡部(25)相连接，所述第一微型弹簧(23)处于拉伸状态；位于所述阻挡部(25)右侧的所述第二杆体(24)与所述压头装置(4)的压头容置座(41)通过第一球形转轴(26)转动连接；所述调整螺母(22)的右侧抵靠在所述阻挡部(25)的左侧，通过旋转所述调整螺母(22)，实现所述压头装置(4)的微调；

所述压头支撑旋转装置(3)设有支撑杆体(31)和支撑块(32)，所述支撑杆体(31)的左端与所述压头安装座(1)相连接，所述支撑杆体(31)的右端与所述支撑块(32)通过第二球形转轴(33)转动连接，所述支撑块(32)安装设有所述压头装置(4)。

3.根据权利要求2所述的一种用于法向加载薄板微拉伸试验装置的压头微调装置，其特征在于，压头支撑旋转装置(3)的数量为1个，其四周布设有4个相同的所述压头微调装置(2)，4个所述压头微调装置(2)与所述压头支撑旋转装置(3)的支撑杆体(31)相互之间平行设置，且所述压头微调装置(2)的所述第一杆体(21)与所述压头安装座(1)相垂直，4个所述压头微调装置(2)的第一球形转轴(26)的连线形成矩形，所述矩形两条对角线的连线的交点设置有所述第二球形转轴(33)。

4.根据权利要求3所述的一种法向加载薄板微拉伸试验装置，其特征在于，所述压头装置(4)还设有电信号接收器(43)、压电陶瓷传感器(44)、连接板(46)，所述压头容置座(41)的右侧连接设有所述压电陶瓷传感器(44)，所述压电陶瓷传感器(44)由多个压电陶瓷片(441)构成，每个所述压电陶瓷片(441)分别通过线缆(45)与所述电信号接收器(43)电连接；所述压电陶瓷片(441)阵列式连接设置在所述压头(42)的左侧，所述压头(42)为橡胶板；所述压头容置座(41)的右侧开设有压头容腔(411)，所述压电陶瓷传感器(44)通过连接板(46)安装在所述压头容腔(411)内，所述电信号接收器(43)安装在所述连接板(46)上；所述连接板(46)开设有安装腔(461)，所述安装腔(461)内安装设有所述电信号接收器(43)，所述压头(42)露出所述压头容腔(411)的开口边沿并向外延伸。

5.根据权利要求4所述的一种法向加载薄板微拉伸试验装置，其特征在于，所述压头装置(4)还设有压头支撑固定装置(47)，所述压头支撑固定装置(47)设有橡胶限位柱(471)、限位块(472)、第二微型弹簧(473)、弹簧限位杆(474)，所述橡胶限位柱(471)和限位块(472)的数量分别设置为多个，所述橡胶限位柱(471)连接设置在所述压头容腔(411)的底部，所述连接板(46)的四周边缘处固定设置有所述橡胶限位柱(471)；相邻两个所述橡胶限位柱(471)的外侧连接设有一个所述限位块(472)；所述弹簧限位杆(474)的数量设置为多个，每个所述弹簧限位杆(474)的一端与所述压头容腔(411)的侧壁相连接，每个所述弹簧限位杆(474)的另一端与所述限位块(472)的外侧相隔正对设置，每个所述弹簧限位杆(474)套设有一个所述第二微型弹簧(473)，所述第二微型弹簧(473)的一端与所述压头容腔(411)的侧壁相连接，所述第二微型弹簧(473)的另一端与所述限位块(472)的外侧相连接，且所述第二微型弹簧(473)处于压缩状态，将弹簧弹力通过所述限位块(472)施加在与所属限位块(472)相连接的所述橡胶限位柱(471)上。

6.根据权利要求2-5任一项所述的一种法向加载薄板微拉伸试验装置，其特征在于，所述左压头加载装置(63)与所述右压头加载装置(77)相同。

7.根据权利要求1所述的一种法向加载薄板微拉伸试验装置，其特征在于，所述固定板框(5)设有上底板(51)、左侧板(52)、下底板(53)、右侧板(54)，所述上底板(51)、所述左侧板(52)、所述下底板(53)、所述右侧板(54)首尾依次相连成框体结构；所述左电动推杆(61)的左端与所述左侧板(52)相连接，所述右电动推杆(71)的右端与所述右侧板(54)相连接；所述上底板(51)开设有供上夹持器穿过的第一通孔(511)，所述下底板(53)开设有供下夹持器穿过的第二通孔(531)，所述第一通孔(511)、所述第二通孔(531)上下正对设置。

8.根据权利要求1所述的一种法向加载薄板微拉伸试验装置，其特征在于，所述法向加载薄板微拉伸试验装置还设有支撑固定装置(10)、以及安装在所述支撑固定装置(10)上的空间调整装置(9)，所述空间调整装置(9)设有支撑块(91)、滑块(92)、水平导柱(93)、以及自锁装置；所述水平导柱(93)通过所述支撑块(91)安装在所述支撑固定装置(10)上，所述滑块(92)套设在所述水平导柱(93)上，且与所述水平导柱(93)滑动连接；所述滑块(92)与所述固定板框(5)固定连接；所述自锁装置设有自锁螺钉(94)，所述滑块(92)开设有带螺纹的第三通孔(921)，所述自锁螺钉(94)与所述第三通孔(921)螺纹连接且抵靠在所述水平导柱(93)上，将所述滑块(92)可拆卸的固定在所述水平导柱(93)上；所述水平导柱(93)与所述导杆(81)相互垂直；所述支撑固定装置(10)的数量至少两个，且相互平行。

9.根据权利要求8所述的一种法向加载薄板微拉伸试验装置，其特征在于，所述支撑固定装置(10)设有上基座(101)、支撑柱(102)、下基座(103)，所述上基座(101)与所述下基座(103)上下间隔设置，所述上基座(101)和所述下基座(103)分别安装在所述支撑柱(102)上；所述上基座(101)开设有供下夹持器穿过的第四通孔(1011)，下基座(103)开设有供下夹持器穿过的第五通孔(1031)；所述第二通孔(531)、所述第四通孔(1011)、所述第五通孔(1031)上下正对设置；所述水平导柱(93)通过所述支撑块(91)安装在所述上基座(101)上。

10.根据权利要求1所述的一种法向加载薄板微拉伸试验装置，其特征在于，所述法向加载薄板微拉伸试验装置还设有双向拉伸装置(17)，所述双向拉伸装置(17)设有固定环(18)、传动齿条(19)、齿轮定位装置、及两个双向拉伸夹头(20)；两个所述双向拉伸夹头(20)正对间隔设置，用于夹持十字拉伸试样的前后两端；每个双向拉伸夹头(20)设有试样夹头(201)、连接在所述试样夹头(201)尾部的连接架体(202)，所述连接架体(202)分别开设有横向条形通孔(2021)，所述横向条形通孔(2021)的内孔壁设有横向条形齿(2022)；所述齿轮定位装置设有转轴(29)、支架(30)、以及分别固定连接在转轴(29)上的第一转动齿轮(34)、第二转动齿轮(35)，所述支架(30)与所述固定板框(5)固定连接，所述转轴(29)自转连接在所述支架(30)上；所述转轴(29)横向贯穿所述横向条形通孔(2021)，且第一转动齿轮(34)与所述横向条形齿(2022)的齿条部形成齿轮齿条啮合配合；所述第二转动齿轮(35)与所述传动齿条(19)的齿条部形成齿轮齿条啮合配合，所述传动齿条(19)的上端与所述固定环(18)相连接。

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