CN116026702A - 一种金属材料弹性模量的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属材料弹性模量的检测装置及其检测方法，包括水平放置的测试杆，测试杆左右两侧分别设有固定铰链支座和活动铰链支座，测试杆中部下端设有检测辅件，检测辅件包括水平件与水平件相连的竖直件，水平件上端与测试杆相接触，竖直件下端与千分表的测头相接触，测试杆中部上端设置有液压缸，液压缸内设有进油腔、活塞和回油腔，活塞活动设在液压缸内，活塞上还设有活塞杆，活塞杆穿出液压缸且活塞杆下端位于测试杆中部上端，进油腔通过进油管与油箱相连，进油管上设有换向阀和液压泵，回油腔通过回油管与油箱相连，回油管与换向阀相连。本发明能快速准确的得到金属材料的弹性模量。

Description

一种金属材料弹性模量的检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及金属材料力学性能检测技术领域，具体涉及一种金属材料弹性模量的检测装置及其检测方法。

背景技术

在金属板料压力成形过程中，弹性模量E是衡量材料产生弹性变形难易程度的重要指标之一，其值越大，材料变形难度越大，反之亦然。因此，对材料弹性模量E的研究和检测无论是板料成形工艺设计还是模具设计制造都有十分重要的意义。尤其是现代国民经济发展迅速，市场对于冲压模具的需求不断增长，这对冲压模具设计及制造水平提出了更高的要求的市场条件下，对弹性模量E的研究和检测显得更为重要。

在对金属材料的冲压拉深进行工艺进行数字化设计时，必然要用到材料的弹性模量E这个反应材料变形能力的力学性能参数。设计者在设计时，通常只有通过查阅工具书来获得。但是工具书给出的参数是一个范围而不是具体的数字，其具体参数只有凭设计者的经验来确定。若是新材料，参数的准确获得就更困难。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中无法准确得到金属材料的弹性模量的缺点，提供一种金属材料弹性模量的检测装置及其检测方法，液压缸内的活塞杆向下运动，测试杆在活塞杆的按压下向下弯曲，检测辅件的水平件随着测试杆向下移动，竖直件向下移动挤压千分表的测头，从千分表上读出数值，带入公示即得得到测试杆的弹性模量。本发明能快速准确的得到金属材料的弹性模量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种金属材料弹性模量的检测装置，包括水平放置的测试杆，所述测试杆左右两侧分别设置有固定铰链支座和活动铰链支座，所述测试杆中部下端设置有检测辅件，所述检测辅件包括水平件与水平件相连的竖直件，所述水平件上端与测试杆相接触，所述竖直件下端与千分表的测头相接触，所述测试杆中部上端设置有液压缸，所述液压缸内设置有进油腔、活塞和回油腔，所述活塞活动设置在液压缸内， 所述活塞上还设置有活塞杆，所述活塞杆穿出液压缸且活塞杆下端位于测试杆中部上端，所述进油腔通过进油管与油箱相连，所述进油管上设置有换向阀和液压泵，所述回油腔通过回油管与油箱相连，所述回油管与换向阀相连。

优选的，所述换向阀与电磁铁YA相连，所述液压泵的电机与第一交流接触器主触头相连，所述电磁铁YA和第一交流接触器主触头均设置在电路系统中。

优选的，所述电路系统包括交流电源，所述交流电源通过电线与停检开关、第一交流接触器主触头、第一电路和第二电路相连，所述第一电路和第二电路并联设置；所述第一电路上设置有第一交流接触器线圈、开检按钮和第一交流接触器常开开关，所述开检按钮和第一交流接触器常开开关均与第一交流接触器线圈串联设置，所述开检按钮和第一交流接触器常开开关并联设置；所述第二电路上设置有第二交流接触器线圈、电磁铁YA、第二交流接触器常开开关和换向开关，所述第二交流接触器常开开关和换向开关均与第二交流接触器线圈和电磁铁YA串联设置，所述第二交流接触器常开开关和换向开关并联设置。

优选的，所述活塞远离测试杆端设置有顶杆，所述顶杆上移至最上端时使得停检开关断开。

优选的，所述顶杆上套设有复位缓冲弹簧。

优选的，所述竖直件活动设置在导向装置中。

优选的，所述竖直件外套设有复位弹簧。

优选的，所述测试杆的横截面为矩形。

优选的，所述千分表的测头设置在固定支架上。

优选的，所述进油管上还设置有溢流阀。

一种金属材料弹性模量的检测方法，包括以下步骤：

步骤一、测试准备：将待测材料作成测试杆；将测试杆安装在固定铰链支座和活动铰链支座上，活塞杆下端与测试杆左右轴线和前后轴线的交点相接触；检测辅件在复位弹簧作用下，水平件上端紧贴测试杆的下平面；千分表的测头压紧竖直件的下端面，旋转表盘使其指针指零；

步骤二、测试：按下开检按钮，第一交流接触器线圈带电，第一交流接触器主触头闭合，液压泵的电机旋转，液压泵启动；第一交流接触器常开开关闭合，电路自锁；换向阀的电磁铁YA不带电，油液进入进油腔对测试杆缓慢加载，随着液压缸压力升高至，溢流阀开始溢流后，读取千分表的数据并做好记录，并计算出弹性模量；

步骤三、换向：按下换向开关，第二交流接触器线圈带电，第二交流接触器常开开关闭合，电路自锁；换向阀的电磁铁YA带电导致油液换向，活塞杆逐渐退出加载；测试杆、检测辅件和千分表逐渐恢复到测试前的状态；

步骤四、自动停检：当活塞杆向上运动到终点时，其上端撞开停检开关，第一交流接触器线圈和第二交流接触器线圈同时断电；第一交流接触器主触头断开，液压泵的电机停转，液压泵停止工作；电磁铁YA失电；第一交流接触器常开开关和第二交流接触器常开开关同时断开；复位缓冲弹簧的作用，活塞杆向下移动，停检开关闭合，整个检测装置恢复正常的检前状态。

本技术方案的有益效果如下：

一、本发明提供的一种金属材料弹性模量的检测装置，液压缸内的活塞杆向下运动，测试杆在活塞杆的按压下向下弯曲，检测辅件的水平件随着测试杆向下移动，竖直件向下移动挤压千分表的测头，从千分表上读出数值，带入公示即得得到测试杆的弹性模量。

二、本发明提供的一种金属材料弹性模量的检测方法，按下开检按钮，液压泵的电机转动，液压泵运转，电磁铁YA不带电，换向阀使得进油管连通，在液压泵的作用下液压油进入进油腔内，活塞及其活塞杆向下移动，装置开始测试；当测试完毕后，按压换向开关，电磁铁YA带电，换向阀使得回油管连通，液压油从回油腔流回油箱，测试杆、检测辅件和千分表逐渐恢复到测试前的状态。

三、本发明提供的一种金属材料弹性模量的检测方法，当液压泵停止运转，同时回油管连通，活塞杆在复位弹簧的共同作用下向上运动，直至顶杆断开停检开关，第一交流接触器线圈和第二交流接触器线圈同时断电，液压泵的电机停止转动，液压泵停止运转，电磁铁YA带电，换向阀使得回油管连通，液压油从回油腔流回油箱，复位缓冲弹簧的作用，活塞缸向下稍作移动，停检开关闭合。

四、本发明提供的一种金属材料弹性模量的检测装置，导向装置的设置使得竖直件向下移动更顺畅。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的中电路系统的示意图；

图3为本发明理论依据的结构示意图；

其中：1、测试杆；101、固定铰链支座；102、活动铰链支座；2、检测辅件；201、水平件；202、竖直件；3、千分表；301、测头；302、固定支架；4、液压缸；401、进油腔；402、活塞；403、回油腔；404、活塞杆；405、进油管；406、回油管；407、油箱；408、换向阀；409、液压泵；410、溢流阀；411、顶杆；5、电路系统；501、电磁铁YA；502、第一交流接触器主触头；503、交流电源；504、停检开关；505、第一交流接触器线圈；506、开检按钮；507、第二交流接触器线圈；508、第二交流接触器常开开关；509、换向开关；510、第一交流接触器常开开关；6、导向装置；7、复位弹簧；8、复位缓冲弹簧。

实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图3所示，在杆件上作用力F，必然有：

式中：M（x）为指定点弯矩；l为杆件的跨度；x为指定点到杆件左端支座之距离。

和杆件变形的边界条件，

式中：ω(x)为指定点的下垂距离；I为杆件横截面的惯性矩。

根据二次函数的极值求解方法：当力F的作用点位于杆件中点，即x=0.5*l时，杆件的下垂距离（挠度）最大。

若能检测出ω(x)，那么弹性模量E的实际值就可以计算出来。

检测弹性模量的仪表是千分表3，其读书精度为0.001，量程为0~3 mm；测试杆1横截面惯性矩的计算式

鉴于这些原因，测试杆1设计为：100 mm（两铰链中心距）×12 mm×10 mm。测试时，测试杆1竖直方向的尺寸为10 mm；溢流阀410的调定压力为；液压缸4面积为；测试杆1的加载位置在其左右中轴线与前后中轴线的交点上。

实施例1 如图1所示，一种金属材料弹性模量的检测装置，包括水平放置的测试杆1，所述测试杆1左右两侧分别设置有固定铰链支座101和活动铰链支座102，所述测试杆1中部下端设置有检测辅件2，所述检测辅件2包括水平件201与水平件201相连的竖直件202，所述水平件201上端与测试杆1相接触，所述竖直件202下端与千分表3的测头301相接触，所述测试杆1中部上端设置有液压缸4，所述液压缸4内设置有进油腔401、活塞402和回油腔403，所述活塞402活动设置在液压缸4内，所述活塞402上还设置有活塞杆404，所述活塞杆404穿出液压缸4且活塞杆404下端位于测试杆1中部上端，所述进油腔401通过进油管405与油箱407相连，所述进油管405上设置有换向阀408和液压泵409，所述回油腔403通过回油管406与油箱407相连，所述回油管406与换向阀408相连，所述换向阀408采用二位四通电磁换向阀。液压缸4内的活塞杆404向下运动，测试杆1在活塞杆404的按压下向下弯曲，检测辅件2的水平件201随着测试杆1向下移动，竖直件202向下移动挤压千分表3的测头301，从千分表3上读出数值，带入公示即得得到测试杆1的弹性模量。

实施例2 如图2所示，本实施例与实施例1的区别点在于：所述换向阀408与电磁铁YA 501相连，所述液压泵409的电机与第一交流接触器主触头502相连，所述电磁铁YA 501和第一交流接触器主触头502均设置在电路系统5中。

其中，所述电路系统5包括交流电源503，所述交流电源503通过电线与停检开关504、第一交流接触器主触头502、第一电路和第二电路相连，所述第一电路和第二电路并联设置；所述第一电路上设置有第一交流接触器线圈505、开检按钮506和第一交流接触器常开开关510，所述开检按钮506和第一交流接触器常开开关510均与第一交流接触器线圈505串联设置，所述开检按钮506和第一交流接触器常开开关510并联设置；所述第二电路上设置有第二交流接触器线圈507、电磁铁YA 501、第二交流接触器常开开关508和换向开关509，所述第二交流接触器常开开关508和换向开关509均与第二交流接触器线圈507和电磁铁YA 501串联设置，所述第二交流接触器常开开关508和换向开关509并联设置。

按下开检按钮506，液压泵409的电机M转动，液压泵409运转，电磁铁YA 501不带电，换向阀408使得进油管405连通，在液压泵409的作用下液压油进入进油腔401内，活塞402及其活塞杆404向下移动，装置开始测试；当测试完毕后，按压换向开关509，电磁铁YA501带电，换向阀408使得回油管406连通，液压油从回油腔403流回油箱407，测试杆1、检测辅件2和千分表3逐渐恢复到测试前的状态。当液压泵409停止运转，同时回油管406连通，活塞杆404在复位弹簧7的共同作用下向上运动，直至顶杆411断开停检开关504，第一交流接触器线圈505和第二交流接触器线圈507同时断电，液压泵409的电机停止转动，液压泵409停止运转，电磁铁YA 501带电，换向阀408使得回油管406连通，液压油从回油腔403流回油箱407，复位缓冲弹簧8的作用，活塞402缸向下稍作移动，停检开关504闭合。

其中，所述活塞402远离测试杆1端设置有顶杆411，所述顶杆411上移至最上端时使得停检开关504断开。

其中，所述顶杆411上套设有复位缓冲弹簧8。

其中，所述竖直件202活动设置在导向装置6中。导向装置6的设置使得竖直件202向下移动更顺畅。

其中，所述竖直件202外套设有复位弹簧7。

其中，所述测试杆1的横截面为矩形。

其中，所述千分表3的测头301设置在固定支架302上。

其中，所述进油管405上还设置有溢流阀410。

一种金属材料弹性模量的检测方法，包括以下步骤：

步骤一、测试准备：将待测材料作成测试杆1（测试杆1的长度为100 mm，宽度为12mm，高度为10 mm）；将测试杆1安装在固定铰链支座101和活动铰链支座102上，活塞杆404下端与测试杆1左右轴线和前后轴线的交点相接触；检测辅件2在复位弹簧7作用下，水平件201上端紧贴测试杆1的下平面；千分表3的测头301压紧竖直件202的下端面，旋转表盘使其指针指零；

步骤二、测试：按下开检按钮506，第一交流接触器线圈505带电，第一交流接触器主触头502闭合，液压泵409的电机旋转，液压泵409启动；第一交流接触器常开开关510闭合，电路自锁；换向阀408的电磁铁YA 501不带电，油液进入进油腔401对测试杆1缓慢加载，随着液压缸4压力升高至，溢流阀410开始溢流后，读取千分表3的数据并做好记录，并计算出弹性模量；

步骤三、换向：按下换向开关509，第二交流接触器线圈507带电，第二交流接触器常开开关508闭合，电路自锁；换向阀408的电磁铁YA 501带电导致油液换向，活塞杆404逐渐退出加载；测试杆1、检测辅件2和千分表3逐渐恢复到测试前的状态；

步骤四、自动停检：当活塞杆404向上运动到终点时，其上端撞开停检开关504，第一交流接触器线圈505和第二交流接触器线圈507同时断电；第一交流接触器主触头502断开，液压泵409的电机停转，液压泵409停止工作；电磁铁YA 501失电；第一交流接触器常开开关510和第二交流接触器常开开关508同时断开；复位缓冲弹簧8的作用，活塞杆404向下移动，停检开关504闭合，整个检测装置恢复正常的检前状态。

本装置具有以下优点：

1、用冲压成形板材的材质做成测试杆1，可以相对准确地反应生产现场板料的弹性模量E的大小，为工艺设计或数字化设计提供相对准确的技术参数。

2、测试杆1制作简单，体积较小，重量较轻。

3、检测准确度高。检测辅件2上的水平件201是高精度的大平面，能敏感地反应出测试杆1弯曲的最低点即：最大挠度；检测辅件2有高精度的导向装置6，能保证将最大挠度信号传递给千分表3。

4、检测精度高。千分表3的精度为0.001，所以弹性模量E的精度也达到千分之一。

5、检测自动化程度较高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属材料弹性模量的检测装置，其特征在于：包括水平放置的测试杆（1），所述测试杆（1）左右两侧分别设置有固定铰链支座（101）和活动铰链支座（102），所述测试杆（1）中部下端设置有检测辅件（2），所述检测辅件（2）包括水平件（201）与水平件（201）相连的竖直件（202），所述水平件（201）上端与测试杆（1）相接触，所述竖直件（202）下端与千分表（3）的测头（301）相接触，所述测试杆（1）中部上端设置有液压缸（4），所述液压缸（4）内设置有进油腔（401）、活塞（402）和回油腔（403），所述活塞（402）活动设置在液压缸（4）内，所述活塞（402）上还设置有活塞杆（404），所述活塞杆（404）穿出液压缸（4）且活塞杆（404）下端位于测试杆（1）中部上端，所述进油腔（401）通过进油管（405）与油箱（407）相连，所述进油管（405）上设置有换向阀（408）和液压泵（409），所述回油腔（403）通过回油管（406）与油箱（407）相连，所述回油管（406）与换向阀（408）相连。

2.根据权利要求1所述的一种金属材料弹性模量的检测装置，其特征在于：所述换向阀（408）与电磁铁YA（501）相连，所述液压泵（409）的电机与第一交流接触器主触头（502）相连，所述电磁铁YA（501）和第一交流接触器主触头（502）均设置在电路系统（5）中。

3.根据权利要求2所述的一种金属材料弹性模量的检测装置，其特征在于：所述电路系统（5）包括交流电源（503），所述交流电源（503）通过电线与停检开关（504）、第一交流接触器主触头（502）、第一电路和第二电路相连，所述第一电路和第二电路并联设置；所述第一电路上设置有第一交流接触器线圈（505）、开检按钮（506）和第一交流接触器常开开关（510），所述开检按钮（506）和第一交流接触器常开开关（510）均与第一交流接触器线圈（505）串联设置，所述开检按钮（506）和第一交流接触器常开开关（510）并联设置；所述第二电路上设置有第二交流接触器线圈（507）、电磁铁YA（501）、第二交流接触器常开开关（508）和换向开关（509），所述第二交流接触器常开开关（508）和换向开关（509）均与第二交流接触器线圈（507）和电磁铁YA（501）串联设置，所述第二交流接触器常开开关（508）和换向开关（509）并联设置。

4.根据权利要求3所述的一种金属材料弹性模量的检测装置，其特征在于：所述活塞（402）远离测试杆（1）端设置有顶杆（411），所述顶杆（411）上移至最上端时使得停检开关（504）断开。

5.根据权利要求4所述的一种金属材料弹性模量的检测装置，其特征在于：所述顶杆（411）上套设有复位缓冲弹簧（8）。

6.根据权利要求1或5所述的一种金属材料弹性模量的检测装置，其特征在于：所述竖直件（202）活动设置在导向装置（6）中。

7.根据权利要求6所述的一种金属材料弹性模量的检测装置，其特征在于：所述竖直件（202）外套设有复位弹簧（7）。

8.根据权利要求7所述的一种金属材料弹性模量的检测装置，其特征在于：所述千分表（3）的测头（301）设置在固定支架（302）上。

9.根据权利要求8所述的一种金属材料弹性模量的检测装置，其特征在于：所述进油管（405）上还设置有溢流阀（410）。

10.一种金属材料弹性模量的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、测试准备：将待测材料作成测试杆（1）；将测试杆（1）安装在固定铰链支座（101）和活动铰链支座（102）上，活塞杆（404）下端与测试杆（1）左右轴线和前后轴线的交点相接触；检测辅件（2）在复位弹簧（7）作用下，水平件（201）上端紧贴测试杆（1）的下平面；千分表（3）的测头（301）压紧竖直件（202）的下端面，旋转表盘使其指针指零；

步骤二、测试：按下开检按钮（506），第一交流接触器线圈（505）带电，第一交流接触器主触头（502）闭合，液压泵（409）的电机旋转，液压泵（409）启动；第一交流接触器常开开关（510）闭合，电路自锁；换向阀（408）的电磁铁YA（501）不带电，油液进入进油腔（401）对测试杆（1）缓慢加载，随着液压缸（4）压力升高至，溢流阀（410）开始溢流后，读取千分表（3）的数据并做好记录，并计算出弹性模量；

步骤三、换向：按下换向开关（509），第二交流接触器线圈（507）带电，第二交流接触器常开开关（508）闭合，电路自锁；换向阀（408）的电磁铁YA（501）带电导致油液换向，活塞杆（404）逐渐退出加载；测试杆（1）、检测辅件（2）和千分表（3）逐渐恢复到测试前的状态；

步骤四、自动停检：当活塞杆（404）向上运动到终点时，其上端撞开停检开关（504），第一交流接触器线圈（505）和第二交流接触器线圈（507）同时断电；第一交流接触器主触头（502）断开，液压泵（409）的电机停转，液压泵（409）停止工作；电磁铁YA（501）失电；第一交流接触器常开开关（510）和第二交流接触器常开开关（508）同时断开；复位缓冲弹簧（8）的作用，活塞杆（404）向下移动，停检开关（504）闭合，整个检测装置恢复正常的检前状态。

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