CN117330402B - 一种可替换式电辅助拉伸夹具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可替换式电辅助拉伸夹具及其使用方法，该夹具包括基座、下夹持组件、上夹持组件，上夹持组件包括上夹持体、调节螺杆、固定装夹体、活动装夹体，固定装夹体内装有固定夹持块，活动装夹体内装有活动夹持块；上夹持体的外侧面内固定有电极螺栓，电极螺栓一端与电极固定连接、一端与活动夹持块定点接触；下夹持组件和上夹持组件之间设置有近真空保温组件。本发明的夹持块可替换，能够满足多类型、多规格试件的工艺需求，对相同规格的试件，夹持位置和面积、通电位置和面积均相同，近真空保温组件可为试件创设恒温恒压的加热拉伸环境，通过夹持状态实现电路的自动通断，操作便捷，通用性强，安全性好，试验结果准确性高。

Description

一种可替换式电辅助拉伸夹具及其使用方法

技术领域

本发明涉及金属拉伸夹具技术领域，具体为一种可替换式电辅助拉伸夹具及其使用方法。

背景技术

目前传统热成形工艺应用较为普遍，但是其工艺过程中存在能量损耗大，加热时间长，表面易氧化造成材料利用率低等问题，迫切需要新的工艺方法来改进。电辅助成形是一种更加经济和绿色的技术，具备在线、实时、高效的加热方式；加热效率极高，有效降低了加热过程中的能量损耗，而且电流可以直接作用于试件而不过度涉及到模具，这大大地降低了成形模具温度，提高了模具的使用寿命，电辅助成形被认为是一种实现复杂构件高性能、短流程制造极具潜力的新技术。通过电辅助拉伸可以探究脉冲电流对固态相变的影响规律，揭示电流辅助作用下组织演变和内在机理，为电辅助成形工艺提供强有力的理论基础。

现有技术中，实验室在开展电辅助拉伸试验的装置主要是依托电子万能试验机，通过自主搭建的实验平台，实现了电辅助拉伸的功能。即通过夹持组件（如公告号为CN104655484A所供公开的一种用于通用电拉伸的夹具、公告号为CN108896384A所公开的用于通电拉伸试验的楔形夹具钳口）分别夹持试件两端预留的夹持部位，而后将电源装置的两个电极分别夹持固定在试件的两端或试件两端的夹持组件上，待试件的温度达到试验预设温度后，采用电子万能试验机驱动夹持组件运动而对加热后的试件进行拉伸（如公告号为CN104515707A所公开的一种通电拉伸试件的温度测量方法及拉伸试验装置、CN103900911A所公开的一种通电热拉伸试验装置及拉伸试验方法）。

但是在实际试验操作过程中，上述试验装置或方法存在一些不足：首先，现有的夹持组件的结构设计中，通常采用两个相对的平面实现试件端部的装夹，由于人工装夹过程中操作空间的限制和观察视角的影响，导致试件装夹位置不能保证为垂直状态，从而在后期拉伸试验过程中容易出现提前断裂；且由于拉伸试验过程中的拉力较大，试件的夹持部位容易与夹持面出现相对滑动而造成拉伸试验失败；即使对于统一规格的不同试件，不同次试验的装夹位置难以保证相同，因而造成前后试验的实验条件并不严格相同，造成试验结果数据误差较大；其次，现有的夹持组件的夹持件通常只适用于单一的板类件或棒类件，通用性较差，在进行不同类型试件的拉伸试验时，需要在电子万能试验机上将夹持组件全部进行更换和调试，影响了试验效率；再次，在电辅助加热时，需要在试件中通入高电流，因而供电的线缆直径可达20mm，在电缆自身重力的牵引下，电极夹头极易出现位置松动或改变，导致试验过程中电流参数的不稳定，尤其前后试验的电极夹头的夹持位置、通电面积也难以保证一致，而且在高电流作业环境下，现有的装夹和供电方式难以保证较高的安全性能；最后，由于现有的拉伸试验设备和方法中，试件通常是暴露在空气中进行加热和拉伸变形的，多采用实时监测和反馈控制的方式补充热量损失，使得试件拉伸变形部位的试验环境稳定性较差，热量损失严重，高热的带电试件处于裸露状态，也存在极大的安全隐患。

发明内容

本发明提出的一种可替换式电辅助拉伸夹具及其使用方法，该夹具中的夹持块可替换，能够满足多类型、多规格试件的工艺需求，对相同规格的试件，其夹持位置、夹持面积、通电位置、通电面积均相同，近真空保温组件可为试件创设恒温恒压的加热拉伸环境，通过夹持状态实现电路的自动通断，具备操作简单，通用性强，安全性好，试验结果准确性高等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

一种可替换式电辅助拉伸夹具，包括基座、固定连接于基座上的下夹持组件、相对地设置于下夹持组件的正上方并与拉伸设备动力输出端连接的上夹持组件，待拉伸的试件的两端分别被夹持于下夹持组件和上夹持组件内，所述上夹持组件包括上夹持体、螺纹连接于上夹持体顶部侧壁内的调节螺杆、固定连接于上夹持体一侧内壁上的固定装夹体、转动连接于调节螺杆的底端并滑动连接于上夹持体另一侧内壁上的活动装夹体，所述固定装夹体内可拆卸地嵌装有固定夹持块，所述固定夹持块的侧面底端设置有与试件的夹持部位外形相匹配的凹模，所述活动装夹体内可拆卸地嵌装有活动夹持块，所述活动夹持块的侧面底端设置有与凹模相匹配的凸模；

所述上夹持体的外侧面内固定有电极螺栓，电极螺栓的外侧端与电极固定连接、内侧端与活动夹持块的侧面定点接触；

所述下夹持组件和上夹持组件之间设置有近真空保温组件，所述近真空保温组件包括固定连接于固定装夹体底面上的固定保温壳体、固定连接于活动装夹体底面上的活动保温壳体，所述固定保温壳体和活动保温壳体相对设置；

试件的夹持部位放置于凹模内之后，通过转动调节螺杆可驱动活动装夹体和活动夹持块向下移动并使活动夹持块逐渐靠近固定夹持块、活动保温壳体逐渐靠近固定保温壳体，凸模与凹模相配合将试件的夹持部位夹持固定，活动保温壳体与固定保温壳体相配合将试件的拉伸部位包裹，此位置下电极螺栓的内侧端与活动夹持块的侧面电连接。

进一步的，所述活动装夹体的侧面开设有与活动夹持块相匹配的嵌槽，所述嵌槽内设置有锁止弹出机构，所述锁止弹出机构包括活动设置于嵌槽内并与活动夹持块的内侧壁相贴合的弹压板，所述弹压板远离活动夹持块一侧的侧面与嵌槽的侧壁之间固定连接有第一弹簧；

所述活动装夹体的侧面开设有位于嵌槽一侧的槽口，槽口的内侧端设置有与嵌槽相连通的锁舌孔，所述锁舌孔内活动设置有锁舌，所述锁舌远离嵌槽一侧的侧面与锁舌孔的侧壁之间连接有第二弹簧，所述活动夹持块的侧面开设有与锁舌相配合的锁止槽；

所述槽口内活动设置有与锁舌相配合的锁舌开关，所述锁舌开关的内侧面与槽口的内壁之间连接有第三弹簧。

进一步的，所述上夹持体的内侧面上开设有导向槽，所述活动装夹体的侧面固定设置有与导向槽相匹配的导向条。

进一步的，所述电极螺栓的内侧端位于导向槽的底端内，所述活动装夹体的内部设置有弹性伸缩导体，弹性伸缩导体的一端与活动夹持块的侧面相抵，另一端位于导向槽内。

进一步的，所述活动装夹体的顶端固定设置有转动连接叉件，所述调节螺杆的底端转动套接于转动连接叉件内，调节螺杆的顶端活动连接有扳手光杆。

进一步的，所述固定夹持块的侧面上活动设置有卡位板，所述卡位板的端部突出于凹模的侧壁内侧，所述固定夹持块的侧面开设有弹簧安装孔，弹簧安装孔内设置有拉伸弹簧，拉伸弹簧的端部与卡位板的侧面固定连接。

进一步的，所述凹模的顶端设置有与固定夹持块的侧面相衔接的过渡坡口。

进一步的，所述固定保温壳体和活动保温壳体均为真空玻璃材质制成的矩形槽结构，固定保温壳体和活动保温壳体相对的侧面上均粘结有隔热垫圈。

进一步的，所述固定保温壳体的内壁上设置有真空抽气口，且固定保温壳体的内壁上设置有压力传感器和温度传感器。

进一步的，所述上夹持体、固定装夹体、活动装夹体、固定夹持块和活动夹持块的外表面上均涂覆有绝缘层。

与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：

本发明通过设置上、下对称分布的上夹持组件和下夹持组件，通过上、下两个位置固定的凹模实现试件夹持位置的预固定，而后驱动凸模移动靠近凹模并通过与凹模的组配实现试件夹持部位的固定，可实现试样在夹持组件上的快速放置，且可保证试件加持后处于垂直状态以保证后续拉伸试验过程中不会出现试样提前断裂的问题，且通过凹模的卡嵌作用，可有效防止试样的夹持部位在拉伸试验的过程中与夹持部件发生相对滑动，有效保证试验的成功率，避免试样材料的不必要浪费；

本发明采用凹模预先固定试件的夹持位置，而后通过凸模与凹模的配合实现试件的夹紧，可以保证同一规格的不同试样在装夹组件上的装夹位置是相同的，夹持部位的夹持面积也是相同的，从而使得装夹组件之间处于裸露状态的拉伸部分也是相同的，进而可使不同试件在通电加热和拉伸变形时的区域是相同的，有效保证每次试验参数的一致性，提升了试验结果数据的准确性；

本发明在上、下两个夹持头上设置固定的电极，并通过活动夹持块上的凸模与电极的通电配合，在相同规格的不同试件的装夹位置相同的情况下，凸模与试件夹持部位的接触位置和接触面积也是相同的，从而可保证在输入电能功率一定的条件下，通入试件内的电流参数是一致的，从而有效保证了试验过程中电流参数的一致性，提升了试验结果数据的准确性；

本发明在上、下两个夹持头上设置固定的电极和电极螺栓，且电极和电极螺栓处于内隐状态，并在活动夹持块上内设置弹性伸缩导体，在凸模与凹模合模之前、试件未完全夹持的状态下，弹性伸缩导体与电极螺栓始终处于分离状态，使得凸模处于不带电的状态，在凸模与凹模完全合模而将试件完全夹持的状态下，弹性伸缩导体与电极螺栓才处于连接状态，使得凸模处于带电状态而施加于试件的端部，因而可通过夹持组件的装夹状态控制电路的通断，从而极大改善了夹具在使用过程中的电安全性；

本发明通过在上、下夹持组件设置近真空保温组件，且近真空保温组件可随试件的装夹过程而实现自动对合，从而在试件的加热拉伸区域的外围形成密闭腔体，进而可构建恒温恒压的试验环境，避免外部环境对试验条件的不利影响；同时，近真空保温组件的开合、夹持组件的夹持以及下料过程同步，实现“非开模操作下，保温层不打开”的技术效果，从而极大提升了试验环境的稳定性和试验过程中的安全性。

本发明的活动夹持块在活动装夹体内、固定夹持块在固定装夹体内均采用可拆卸地组装方式，以便活动夹持块和固定夹持块的快速组装和拆卸，通过设置不同的凸模和凹模组，制备不同的活动夹持块和固定夹持块组，可满足不同形状、不同规格的试件的夹持需求，使得夹具具有较好的通用性；通过设置锁止弹出组件，实现夹持块在装夹体内的快速嵌装锁位和自动弹出，提升了组装和更换的便捷性。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图之一；

图2为本发明的立体结构示意图之二；

图3为本发明的剖视结构示意图；

图4为所述上夹持组件的立体结构示意图之一；

图5为所述上夹持组件的立体结构示意图之二；

图6为所述上夹持组件的剖视结构示意图；

图7为所述上夹持体的立体结构示意图之一；

图8为所述上夹持体的立体结构示意图之二；

图9为所述活动装夹体的立体结构示意图之一；

图10为所述活动装夹体的立体结构示意图之二；

图11为所述活动夹持块的立体结构示意图之一；

图12为所述活动夹持块的立体结构示意图之二；

图13为所述活动夹持块在活动装夹体上嵌装状态的结构示意图；

图14为所述锁止弹出机构在活动装夹体上组装状态的立体结构示意图；

图15为所述锁止弹出机构在活动装夹体上组装状态的剖视结构示意图；

图16为所述锁舌和锁舌开关位置关系的立体结构示意图；

图17为所述固定装夹体的立体结构示意图；

图18为所述固定夹持块的立体结构示意图之一；

图19为所述固定夹持块的立体结构示意图之二；

图20为所述卡位板在固定夹持块上组装状态的立体结构示意图；

图21为所述卡位板在固定夹持块上组装状态的剖视结构示意图；

图22为试件在凹模内放置状态的立体结构示意图；

图23为所述弹性伸缩导体与电极螺栓在连接状态的剖面示意图；

图24为所述电极螺栓在上夹持体上组装状态的立体结构示意图；

图25为所述弹性伸缩导体与电极螺栓在分离状态的剖面示意图；

图26为所述近真空保温组件在打开状态的立体结构示意图；

图27为试件在近真空保温组件内夹持状态的立体结构示意图。

图中：1基座、2下夹持组件、3上夹持组件、301上夹持体、3011导向槽、3012 V型通口、3013螺纹通孔、3014电极螺栓连接孔、3015线缆固定槽、302调节螺杆、303固定装夹体、304活动装夹体、3041嵌槽、3042槽口、3043锁舌孔、3044导向条、3045转动连接叉件、3046水平滑槽、3047导体嵌装孔、305固定夹持块、3051凹模、3052弹簧安装孔、3053过渡坡口、306活动夹持块、3061凸模、3062锁止槽、3063水平滑条、307扳手光杆、4电极螺栓、5电极、501线缆、502绝缘盖板、6近真空保温组件、601固定保温壳体、602活动保温壳体、603隔热垫圈、7锁止弹出机构、701弹压板、702第一弹簧、703锁舌、7031缺口、7032凸块、7033斜面、7034坡面、704第二弹簧、705锁舌开关、706第三弹簧、8弹性伸缩导体、9卡位板、901拉伸弹簧、10连接螺栓、100试件。

实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例

请参阅图1至图3，一种可替换式电辅助拉伸夹具，用于条形、柱形等多种外形结构的金属件的通电辅助拉伸性能试验。该电辅助拉伸夹具包括基座1、固定连接于基座1上的下夹持组件2、相对地设置于下夹持组件2的正上方并与拉伸设备动力输出端连接的上夹持组件3，待拉伸的试件100的两端分别被夹持于下夹持组件2和上夹持组件3内。该种结构布局设置和装夹拉伸方式与现有技术中的拉伸设备基本相同，以下仅对发明的创新之处进行详细说明。为简化该拉伸夹具的制造成本和装夹方式，下夹持组件2和上夹持组件3采用完全相同的结构组成和装夹方式，且二者上、下为对称设置，因此仅选择上夹持组件3对结构进行详细介绍。

如图4至图6所示，上夹持组件3包括上夹持体301、螺纹连接于上夹持体301顶部侧壁内的调节螺杆302、固定连接于上夹持体301一侧内壁上的固定装夹体303、转动连接于调节螺杆302的底端并滑动连接于上夹持体301另一侧内壁上的活动装夹体304。固定装夹体303内可拆卸地嵌装有固定夹持块305，固定夹持块305的侧面底端设置有与试件100的夹持部位外形相匹配的凹模3051，活动装夹体304内可拆卸地嵌装有活动夹持块306，活动夹持块306的侧面底端设置有与凹模3051相匹配的凸模3061。

具体的，如图7和图8所示，上夹持体301为近似扇形盘状的铸造件，其顶部中心一体设置有连接柄，连接柄上开设有纵向销孔和横向销孔，将连接柄插入拉伸设备动力输出端内，并通过贯穿纵向销孔或横向销孔的销轴实现上夹持体301在拉伸设备动力上的连接组配，通过切换销轴与纵向销孔或横向销孔之间的配合，可90°夹角地调整上夹持体301在拉伸设备上的安装位姿，以方便后期的使用操作。

上夹持体301的柱体内开设有上大下小的V型通口3012，V型通口3012的两侧侧壁（为便于描述，后面分别以图6中所示视角称为左侧内壁和右侧内壁）在垂直平面的两侧对称设置，且与垂直对称面之间的夹角为5°至20°之间，具体角度根据夹持块垂直下移行程范围与水平夹持开合的距离范围之间的几何关系适当确定。

如图9和图10所示，活动装夹体304整体为楔形块状，其侧部斜面相对于其垂直侧面的倾斜角度与上夹持体301的左侧内壁与垂直侧面之间的夹角相同。上夹持体301的内侧面上开设有导向槽3011（如图8所示），活动装夹体304的侧面固定设置有与导向槽3011相匹配的导向条3044（如图9所示）。通过导向条3044与导向槽3011之间的滑动嵌装配合，可使活动装夹体304沿V型通口3012的左侧内壁上、下移动。活动装夹体304的顶端固定设置有转动连接叉件3045，调节螺杆302转动套接于转动连接叉件3045内。具体的，调节螺杆302的上半段为螺纹段、下半段为圆柱光杆，上夹持体301的顶部左侧开设有垂向设置的螺纹通孔3013（如图8所示），调节螺杆302的螺纹段螺纹连接于螺纹通孔3013内，圆柱光杆位于转动连接叉件3045的叉槽内（如4和图6所示），使得圆柱光杆可相对转动连接叉件3045自由转动，且圆柱光杆的底部一体设置有圆形挡块，圆形挡块的直径大于叉槽的宽度、圆形挡块的厚度等于转动连接叉件3045的底面与活动装夹体304的顶面之间的距离，使得圆形挡块嵌设在转动连接叉件3045的底面与活动装夹体304的顶面之间并可与调节螺杆302同步转动。如此，通过转动调节螺杆302调整其在上夹持体301上的垂向位置，从而推动活动装夹体304垂向上升/下降移动，活动装夹体304在V型通口3012的左侧内壁的楔形面作用下对应地水平向左、向右移动，从而远离或靠近固定装夹体303。调节螺杆302的顶端活动连接有扳手光杆307，扳手光杆307在调节螺杆302时可来回抽动，以实现调节螺杆302的连续转动操作，避免连接柄对扳手光杆307运动的干涉。

如图11和图12所示，活动夹持块306为外形与活动装夹体304外形近似的楔形块结构。活动装夹体304的侧面开设有与活动夹持块306相匹配的嵌槽3041（如图10所示），活动夹持块306可由嵌槽3041的侧面活动嵌入嵌槽3041内，且活动夹持块306的垂直侧面突出于活动装夹体304的垂直侧面外侧，使得凸模3061完全位于活动装夹体304的外侧（如图13所示），以便可与固定夹持块305上的凹模3051完全对合而将试件100的装夹部位夹持。

如图14所示，嵌槽3041内设置有锁止弹出机构7，锁止弹出机构7包括活动设置于嵌槽3041内并与活动夹持块306的内侧壁相贴合的弹压板701，弹压板701远离活动夹持块306一侧的侧面与嵌槽3041的侧壁之间固定连接有第一弹簧702。嵌槽3041的顶壁和底壁上对应地开设有水平滑槽3046，弹压板701的上、下端分别滑动嵌设于水平滑槽3046内。活动夹持块306的顶面和底面分别一体设置有可与水平滑槽3046滑动配合的水平滑条3063（如图11和图12所示）。当活动夹持块306由嵌槽3041的侧方（图5中所示的正前方）被水平推入嵌槽3041内时，活动夹持块306的内侧面与弹压板701的外侧面接触并推动弹压板701水平向内移动，此时第一弹簧702被压缩；当活动夹持块306失去外力作用而处于自由状态时，第一弹簧702的恢复力推动弹压板701水平向外移动，从而将活动夹持块306向外推出而使活动夹持块306的正侧面突出于活动装夹体304的正侧面外侧，以便于操作人员将活动夹持块306从活动装夹体304内取出，而后可将替换后的活动夹持块306再次以上述相同的方式推入嵌槽3041中以完成更换。同时，活动夹持块306上的水平滑条3063滑动嵌入水平滑槽3046内，实现活动夹持块306水平横向和垂向的限位。

活动装夹体304的侧面开设有位于嵌槽3041一侧的槽口3042，槽口3042的内侧端设置有与嵌槽3041相连通的锁舌孔3043（如图10所示），锁舌孔3043内活动设置有锁舌703，锁舌703远离嵌槽3041一侧的侧面与锁舌孔3043的侧壁之间连接有第二弹簧704，槽口3042内活动设置有与锁舌703相配合的锁舌开关705，锁舌开关705的内侧面与槽口3042的内壁之间连接有第三弹簧706（如图15和图16所示）。锁舌703的中部设置有缺口7031，缺口7031的上、下两端均为凸块7032，缺口7031靠近锁舌开关705的一侧设置有斜面7033，锁舌开关705的内侧端为与该斜面7033相对应的楔形面，凸块7032靠近锁舌开关705一侧的侧面边缘设置有坡面7034。活动夹持块306的侧面开设有与锁舌703相配合的锁止槽3062（如图12所示）。

在活动夹持块306未装入嵌槽3041的状态下，第二弹簧704和第三弹簧706均处于原始自由状态，锁舌703的凸块7032全部或部分地突出于锁舌孔3043的外侧，锁舌开关705的内侧端搭接在斜面7033的外侧边缘（如图15所示）。在活动夹持块306推入嵌槽3041的过程中，其内侧面边缘首先接触锁舌703的坡面7034，从而推动锁舌703向左缩入锁舌孔3043内，直至锁舌703的外侧面与活动夹持块306的左侧面相对滑动接触，此过程中第二弹簧704被压缩；当活动夹持块306继续向内推进并到达预设组装位置时，锁止槽3062正好位于锁舌703的正右侧，此时第二弹簧704的恢复力推动锁舌703向右移动并进入锁止槽3062内（如图15所示），从而通过锁舌703与锁止槽3062的配合实现活动夹持块306在嵌槽3041内的水平纵向限位。

在活动夹持块306处于锁止状态下，手动按压锁舌开关705的外侧端，使锁舌开关705水平向内移动，其内侧端的楔形面与锁舌703的斜面7033相配合，可使锁舌703向左水平移动而缩入锁舌孔3043内，锁舌开关705的内侧端进入锁舌703的缺口7031内，这一过程中，第三弹簧706被压缩，此时锁舌703解除对活动夹持块306的锁止作用，活动夹持块306处于自由状态，弹压板701在第一弹簧702的推动作用下向外移动而将活动夹持块306向外推动，使活动夹持块306的正侧面突出于活动装夹体304的正侧面外侧。松开锁舌开关705，在第三弹簧706的恢复力作用下，锁舌开关705自动向外回弹而复位，锁舌703则恢复自由状态而再次向右移动。

以上，通过在活动装夹体304内开设嵌槽3041，并在嵌槽3041内活动嵌装活动夹持块306，通过在活动装夹体304内设置锁止弹出机构7，可实现活动夹持块306在嵌槽3041内自动锁止定位以及自动弹出，从而便于活动夹持块106在活动装夹体304内的快速装卸和更换。

如图17所示，固定装夹体303的外形与活动装夹体304的外形及结构相似，区别在于固定装夹体303固定安装于V型通口3012的右侧内壁上，无需移动，因而相较于活动装夹体304，固定装夹体303上无需设置导向条和转动连接叉件，对应地，V型通口3012的右侧内壁也无需开设导向槽。上夹持体301的右侧外壁上设置有沉槽，沉槽内开设有多个螺栓连接孔，固定装夹体303的侧壁上开设有与螺栓连接孔相对应的螺纹连接孔，螺栓连接孔内设置有连接螺栓10，连接螺栓10的端部螺纹连接于该螺纹连接孔内，从而使固定装夹体303固定安装在上夹持体301上。

如图18和图19所示，固定夹持块305与活动夹持块306的外形相似，固定夹持块305在固定装夹体303内的装夹方式与活动夹持块306在活动装夹体304内的装夹方式也基本相同，不再赘述。凹模3051和凸模3061的轮廓形状均与待夹持的试件100的夹持部位的外形轮廓相匹配。以条形薄板拉伸件的试件为例，如图22所示，该试件的上、下两端的夹持部位均为“T”型结构，因而凹模3051和凸模3061的轮廓形状也均为“T”型状，且轮廓尺寸与夹持部位的轮廓尺寸相同。在实际装夹过程中，先调整上夹持组件3的垂向位置，使上夹持组件3上的凹模3051和下夹持组件2上的凹模之间的间距与试件的上、下两端的夹持部位之间的间距相匹配；而后将试件100的夹持部位从凹模3051的侧面水平置入凹模3051中，将试件100挂接在上、下两个固定夹持块305上，而后转动上夹持组件3上的调节螺杆，使上夹持组件3上的活动夹持块306斜向下移动并逐渐靠近上夹持组件3上的固定夹持块305，对应的凸模3061则嵌入凹模3051中而将试件100的上端夹持部位夹紧固定，采用相同的操作完成试件100的下端夹持部位在下夹持组件2上的夹紧固定。采用此种装夹方式，可保证对于同一种规格的每个试件100的装夹位置都是相同的；通过制作多个固定夹持块305和活动夹持块306，并在固定夹持块305和活动夹持块306成对地设计不同轮廓形状的凹模3051和凸模3061，可满足不同尺寸规格、不同形状类型的试件的夹持需求。

优选的，仍以上夹持组件3的装夹过程为例，为保证活动夹持块306在倾斜向下移动的过程中，凸模3061能够顺利与凹模3051嵌装配合，凹模3051的顶端设置有与固定夹持块305的侧面相衔接的过渡坡口3053（如图18所示）。过渡坡口3053与垂直面间的夹角不大于活动夹持块306移动方向与垂直面间的夹角。进一步的，为防止试件100置入凹模3051内之后，会因外力作用（如设备振动）而从凹模3051中脱落，固定夹持块305的侧面上活动设置有卡位板9，卡位板9的端部突出于凹模3051的侧壁内侧（如图20和图21所示），固定夹持块305的侧面开设有弹簧安装孔3052（如图18和图19所示），弹簧安装孔3052内设置有拉伸弹簧901，卡位板9的内侧面上一体设置有与弹簧安装孔3052相匹配的套筒，通过套筒与弹簧安装孔3052的滑动配合，使得卡位板9保持水平移动，拉伸弹簧901的端部与卡位板9的套筒内侧面固定连接（如图21所示），同时凹模3051的两侧开设有水平缺口，卡位板9位于对应的水平缺口内，使得卡位板9在水平移动过程中不能发生转动。卡位板9位于凹模3051内的端部外侧为楔形面，则当试件100水平地置入凹模3051的过程中，试件通过楔形面推动两侧的卡位板9向外侧移动，此过程中拉伸弹簧901被拉伸；当试件100的内侧面与凹模3051的侧面贴合时，试件100位于卡位板9的内侧，此时两侧的卡位板9在拉伸弹簧901的恢复力作用下同时向内侧移动并复位，从而使卡位板9的端部将试件100限制在凹模3051内；当凸模3061逐渐靠近并嵌入凹模3051内的过程中，凸模3061同样地通过楔形面的作用而使两侧的卡位板9向外侧移动并使其端部与凸模3061的两侧侧面滑动接触，直至凸模3061与凹模3051分离后，卡位板9再次自动复位而使试件100不从凹模3051内脱落；当需要将试件100从凹模3051内取出时，手动拉动两侧的卡位板9向外侧移动即可。为便于手动操作，卡位板9的外侧面上还一体设置有拉环。

上夹持体301的外侧面内固定有电极螺栓4，电极螺栓4的外侧端与电极5固定连接、内侧端与活动夹持块306的侧面定点接触。具体的，上夹持体301的左侧外侧面上开设有与导向槽3011贯通的电极螺栓连接孔3014（如图7所示），电极5套设在电极螺栓4上，并通过电极螺栓4与电极螺栓连接孔3014的螺纹连接而固定连接在上夹持体301上，且电极螺栓4的内侧端位于导向槽3011的底端内（如图23和图24所示）。优选的，上夹持体301的外侧面上还开设有与电极螺栓连接孔3014连通的线缆固定槽3015，电极5的线缆501固定嵌设在线缆固定槽3015内，以防止因线缆501的晃动而引起电极螺栓4或电极5发生松动。进一步的，电极螺栓连接孔3014和线缆固定槽3015的外侧固定嵌设有绝缘盖板502，以防止电极螺栓4或电极5暴露在外。

活动装夹体304的内部设置有弹性伸缩导体8，弹性伸缩导体8的一端与活动夹持块306的侧面相抵，另一端位于导向槽3011内。具体的，活动装夹体304的左侧壁上开设有位于导向条3044底端下方的导体嵌装孔3047（如图9和图10所示）。弹性伸缩导体8由外壳体、活动套设于外壳体内的内壳体以及设置于外壳体和内壳体的内侧端部之间的压缩弹簧组成，外壳体和内壳体均为由良性导体材质制成的圆柱筒体结构，外壳体的外径与导体嵌装孔3047的孔径相匹配且为间隙配合，使得外壳体嵌设于导体嵌装孔3047内之后，其端部可突出于嵌槽3041的侧壁外侧，内壳体的端部可与导向槽3011的侧面或电极螺栓4的内侧端滑动接触。当活动夹持块306嵌装于活动装夹体304内后，压缩弹簧处于压缩状态，外壳体的端部保持与活动夹持块306的侧面接触，在凸模3061跟随活动夹持块306下移至与凹模3051对合之前，内壳体在压缩弹簧的推动作用下，其端部与导向槽3011的侧面滑动接触（如图25所示），此过程中电极螺栓4与活动夹持块306处于非连接状态，电极5通电后，凸模3061不带电；当凸模3061下移至与凹模3051对合位置时，内壳体则下移至与电极螺栓4的内侧端接触并相抵，从而使电极螺栓4与活动夹持块306通过弹性伸缩导体8实现电连接，电极5通电后，凸模3061带电。上夹持组件3和下夹持组件2上的两个电极5分别将加热电源的正负极引入试件100的上、下端夹持部位，从而使试件100通电而实现电加热。对于同一中规格的每个试件100，由于装夹位置相同，且两端电极接触点的位置也相同，因而可保证每个试件100在拉伸试验过程中具备相同的试验参数，从而可更加准确地获取试验数据。

优选的，上夹持体301、固定装夹体303、活动装夹体304、固定夹持块305和活动夹持块306的外表面上均涂覆有绝缘层。如此，可保证夹具在使用过程中，表面处于绝缘状态，避免试验人员意外触碰而触电；仅电极5、电极螺栓4、弹性伸缩导体8、凸模3061的表面处于可导电状态，由于电极5、电极螺栓4位于上夹持体301的内部，电极螺栓4的端部又完全位于导向槽3011内，弹性伸缩导体8也始终处于内隐状态，且在凸模3061与凹模3051合模之前，电极螺栓4又与弹性伸缩导体8始终处于分离状态，因而可实现非拉伸工作阶段，即使电极5处于通电状态，整个上夹持组件3和下夹持组件2处于不带电状态，试件100不会带电，试件100的装夹和卸载操作也处于安全状态；仅当凸模3061与凹模3051对合后，在电极5处于供电状态下，凸模3061才开始通电，而此状态下试件100处于夹持状态或同时处于加热状态或拉伸状态，操作人员不会去触碰试件100，因而也就不会存在触电问题。

如图1至图3所示，下夹持组件2和上夹持组件3之间设置有近真空保温组件6，用于将试件100的拉伸部位进行包覆，并创设恒温近真空的加热环境，以保证试验参数的一致性，提升试验结果数据的准确性，同时减少电加热过程中的热量损失，节约电能资源。

近真空保温组件6包括固定连接于固定装夹体303底面上的固定保温壳体601、固定连接于活动装夹体304底面上的活动保温壳体602，固定保温壳体601和活动保温壳体602相对设置。如图26和图27所示，固定保温壳体601和活动保温壳体602均为真空玻璃材质制成的矩形槽结构，固定保温壳体601和活动保温壳体602相对的侧面上均粘结有隔热垫圈603。如此，当活动保温壳体602跟随活动装夹体304倾斜下移的过程中，活动保温壳体602逐渐靠近固定保温壳体601并于固定保温壳体601对合，通过隔热垫圈603的变形密封作用，使得活动保温壳体602和固定保温壳体601之间合围的内部腔体处于密封状态，此时试件100的拉伸部位全部位于密封腔体内，当试件100的两端通电开始电加热后，密封腔体内的温度可快速上升。隔热垫圈603可采用多晶莫来石纤维板材质制成，该种材质具有低导热率、低收缩、低热容量、优良的热稳定性和抗热震性，抗折、耐压强度高，抗风蚀性能好等优点，适用于高温热工设备的保温、隔热。

优选的，固定保温壳体601的内壁上设置有真空抽气口，真空抽气口通过管路与外部的真空抽气设备连接，且固定保温壳体601的内壁上设置有压力传感器和温度传感器（图中未示出）。当密闭腔体形成后，通过真空抽气设备将密闭腔体内的空气压力抽至预设的低压值（近真空），通过压力传感器实时检测密闭腔体内的气压，并反馈至真空抽气设备，使密闭腔体内保持在稳定的近真空环境。通过温度传感器实时检测密闭腔体内的温度，并反馈至电源输出设备，从而动态调整电源的输出功率，使密闭腔体内的温度稳定在预设的试验温度。如此，可有效控制每个试件100的拉伸试验参数及环境条件，以提升试验结果的精准性，同时便于定量改变某个试验参数，以便采用控制变量法进行某个实验参数对试件拉伸性能的单独影响。

由于固定保温壳体601和活动保温壳体602均为真空玻璃材质制成，因而具备良好的透视效果，便于从近真空保温组件6的外侧直接观察内部的试件100在通电后整个拉伸变形过程的形态表现和具体变化。固定保温壳体601和活动保温壳体602的侧面均为平面，且均与试件100的两侧表面相平行，因而可以不失真地直观透视内部情况或通过采像仪器采集内部试件的形态表现图像信息。

以上对上夹持组件3的各个部件的结构、连接关系和使用过程进行了详细说明，下夹持组件2的部件组成与上夹持组件3在近真空保温组件6的上、下为对称设置，因而其具体结构组成、连接关系和使用过程可参照上夹持组件3。

本夹具的使用方法为：

将试件100的夹持部位放置于凹模3051内之后，分别转动上、下两个调节螺杆302驱动上夹持组件3上的活动装夹体304和活动夹持块306向下移动、下夹持组件2上的活动装夹体304和活动夹持块306向上移动，从而使活动夹持块306逐渐靠近固定夹持块305、活动保温壳体602逐渐靠近固定保温壳体601，凸模3061与凹模3051相配合将试件100的夹持部位夹持固定，活动保温壳体602与固定保温壳体601相配合将试件100的拉伸部位包裹，此位置下电极螺栓4的内侧端与活动夹持块306的侧面电连接；

而后通过真空抽气设备将近真空保温组件6内的空气压力抽至预设的低压值并保持，上、下两个电极5通电，则上、下两个凸模3061带电并使试件100通电而加热，当近真空保温组件6内的温度达到预设值并保持稳定后，拉伸动力设备开始工作，以预设的拉伸速度和拉力值等拉伸参数将上夹持组件3向上提升，则近真空保温组件6内的试件拉伸变形部分开始被拉伸而变形；

拉伸变形试验完成后，上、下两个电极5断电，反向转动上、下两个调节螺杆302驱动上夹持组件3上的活动装夹体304和活动夹持块306向上移动、下夹持组件2上的活动装夹体304和活动夹持块306向下移动，使得使活动夹持块306逐渐远离固定夹持块305、活动保温壳体602逐渐远离固定保温壳体601，凸模3061与凹模3051分离而使试件100暴露在外并停留在凹模3051内；将高温状态的试件100转移至专用的降温设备中进行调温处理，或待试件100的温度自然冷却值合适温度后再从凹模3051内取出，截取变形后的试件适当部位进行性能测试。

由于在拉伸过程中，试件因拉伸变长会导致原本位于近真空保温组件6内部底端内的一小部分会被拉出至近真空保温组件6的外部，因而该部分被舍弃而不进行性能测试。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种可替换式电辅助拉伸夹具，包括基座（1）、固定连接于基座（1）上的下夹持组件（2）、相对地设置于下夹持组件（2）的正上方并与拉伸设备动力输出端连接的上夹持组件（3），待拉伸的试件（100）的两端分别被夹持于下夹持组件（2）和上夹持组件（3）内，其特征在于：所述上夹持组件（3）包括上夹持体（301）、螺纹连接于上夹持体（301）顶部侧壁内的调节螺杆（302）、固定连接于上夹持体（301）一侧内壁上的固定装夹体（303）、转动连接于调节螺杆（302）的底端并滑动连接于上夹持体（301）另一侧内壁上的活动装夹体（304），所述固定装夹体（303）内可拆卸地嵌装有固定夹持块（305），所述固定夹持块（305）的侧面底端设置有与试件（100）的夹持部位外形相匹配的凹模（3051），所述活动装夹体（304）内可拆卸地嵌装有活动夹持块（306），所述活动夹持块（306）的侧面底端设置有与凹模（3051）相匹配的凸模（3061）；

所述上夹持体（301）的外侧面内固定有电极螺栓（4），电极螺栓（4）的外侧端与电极（5）固定连接、内侧端与活动夹持块（306）的侧面定点接触；

所述下夹持组件（2）和上夹持组件（3）之间设置有近真空保温组件（6），所述近真空保温组件（6）包括固定连接于固定装夹体（303）底面上的固定保温壳体（601）、固定连接于活动装夹体（304）底面上的活动保温壳体（602），所述固定保温壳体（601）和活动保温壳体（602）相对设置；

试件（100）的夹持部位放置于凹模（3051）内之后，通过转动调节螺杆（302）可驱动活动装夹体（304）和活动夹持块（306）向下移动并使活动夹持块（306）逐渐靠近固定夹持块（305）、活动保温壳体（602）逐渐靠近固定保温壳体（601），凸模（3061）与凹模（3051）相配合将试件（100）的夹持部位夹持固定，活动保温壳体（602）与固定保温壳体（601）相配合将试件（100）的拉伸部位包裹，此位置下电极螺栓（4）的内侧端与活动夹持块（306）的侧面电连接。

2.根据权利要求1所述的一种可替换式电辅助拉伸夹具，其特征在于：所述活动装夹体（304）的侧面开设有与活动夹持块（306）相匹配的嵌槽（3041），所述嵌槽（3041）内设置有锁止弹出机构（7），所述锁止弹出机构（7）包括活动设置于嵌槽（3041）内并与活动夹持块（306）的内侧壁相贴合的弹压板（701），所述弹压板（701）远离活动夹持块（306）一侧的侧面与嵌槽（3041）的侧壁之间固定连接有第一弹簧（702）；

所述活动装夹体（304）的侧面开设有位于嵌槽（3041）一侧的槽口（3042），槽口（3042）的内侧端设置有与嵌槽（3041）相连通的锁舌孔（3043），所述锁舌孔（3043）内活动设置有锁舌（703），所述锁舌（703）远离嵌槽（3041）一侧的侧面与锁舌孔（3043）的侧壁之间连接有第二弹簧（704），所述活动夹持块（306）的侧面开设有与锁舌（703）相配合的锁止槽（3062）；

所述槽口（3042）内活动设置有与锁舌（703）相配合的锁舌开关（705），所述锁舌开关（705）的内侧面与槽口（3042）的内壁之间连接有第三弹簧（706）。

3.根据权利要求1或2所述的一种可替换式电辅助拉伸夹具，其特征在于：所述上夹持体（301）的内侧面上开设有导向槽（3011），所述活动装夹体（304）的侧面固定设置有与导向槽（3011）相匹配的导向条（3044）。

4.根据权利要求3所述的一种可替换式电辅助拉伸夹具，其特征在于：所述电极螺栓（4）的内侧端位于导向槽（3011）的底端内，所述活动装夹体（304）的内部设置有弹性伸缩导体（8），弹性伸缩导体（8）的一端与活动夹持块（306）的侧面相抵，另一端位于导向槽（3011）内。

5.根据权利要求3所述的一种可替换式电辅助拉伸夹具，其特征在于：所述活动装夹体（304）的顶端固定设置有转动连接叉件（3045），所述调节螺杆（302）的底端转动套接于转动连接叉件（3045）内，调节螺杆（302）的顶端活动连接有扳手光杆（307）。

6.根据权利要求1或2或4或5所述的一种可替换式电辅助拉伸夹具，其特征在于：所述固定夹持块（305）的侧面上活动设置有卡位板（9），所述卡位板（9）的端部突出于凹模（3051）的侧壁内侧，所述固定夹持块（305）的侧面开设有弹簧安装孔（3052），弹簧安装孔（3052）内设置有拉伸弹簧（901），拉伸弹簧（901）的端部与卡位板（9）的侧面固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种可替换式电辅助拉伸夹具，其特征在于：所述凹模（3051）的顶端设置有与固定夹持块（305）的侧面相衔接的过渡坡口（3053）。

8.根据权利要求1或2或4或5或7所述的一种可替换式电辅助拉伸夹具，其特征在于：所述固定保温壳体（601）和活动保温壳体（602）均为真空玻璃材质制成的矩形槽结构，固定保温壳体（601）和活动保温壳体（602）相对的侧面上均粘结有隔热垫圈（603）。

9.根据权利要求8所述的一种可替换式电辅助拉伸夹具，其特征在于：所述固定保温壳体（601）的内壁上设置有真空抽气口，且固定保温壳体（601）的内壁上设置有压力传感器和温度传感器。

10.根据权利要求1所述的一种可替换式电辅助拉伸夹具，其特征在于：所述上夹持体（301）、固定装夹体（303）、活动装夹体（304）、固定夹持块（305）和活动夹持块（306）的外表面上均涂覆有绝缘层。