CN201497676U - 用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具 - Google Patents

用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具，包括加力头和两个对称布置的支辊，加力头上设置有相对于两支辊的对称面对称设置的第一施力点和第二施力点。第一施力点和第二施力点均位于与加力头连接的压头上。以高硬度工具钢为原料，采用线切割一体化加工而成，完全满足高强度金属材料的测试研究要求，有效延长夹具压头的使用寿命，不影响计算预制裂纹的疲劳载荷，大大缩短安装试样的时间，完全保证疲劳预制裂纹的效果，主要用于与力学试验机配套，也适合于对现有三点弯曲夹具进行改造使用。

Description

用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具
技术领域
本实用新型涉及一种力学试验机试样夹具，尤其是一种用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具。
背景技术
在金属材料断裂力学性能测试及研究中，有一个主要过程是对试样施加循环载荷，在试样上预制足够长的裂纹。
现有的用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具，通常称为三点弯曲夹具，该夹具包括加力头和相对于加力头的施力方向所在铅垂面左右对称布置的两个支辊，加力头下部的凹槽内安装有圆柱形的压头，所述施力点就在该圆柱面与其水平切面的交线处，压头亦位于两个支辊的对称面上。试样放置于两个支辊所形成的水平支承面上，压头压下与试样接触，交变载荷F经弯曲夹具作用在预制有预制裂纹4的试样3上，试验要求是所述压头的轴心线必须与该预制裂纹4对正，即轴心线与该预制裂纹4处于同一铅垂面上。
对三点弯曲试样，目前一般都是按照标准要求，用三点弯曲夹具对试样施加疲劳载荷。为保证预制裂纹的方向，夹具的压头必须正对预裂纹。试样放置如果不够准确，将会导致所预制的疲劳裂纹的方向和试样两表面裂纹长度偏差。因此，为了找正试样放置的位置，操作时非常麻烦而且费时。
实用新型内容
为了克服现有三点弯曲试验中夹具操作麻烦的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种操作简便的用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具，包括加力头和两个相对于加力头的施力方向所在铅垂面左右对称布置的支辊，加力头上设置有相对于两支辊的对称面对称设置的第一施力点和第二施力点。
所述加力头包括加力头本体和连接在加力头本体下部的压头，第一施力点和第二施力点均位于压头上。
所述压头上设置有相对于所述对称面对称的两个圆柱面，该两个圆柱面与其水平切面的交线即为第一施力点和第二施力点。
所述压头上设置有突出的固定端，固定端与加力头本体下部设置的凹槽相匹配。
所述固定端为圆柱面形凸台，其所对应的圆心角大于180°。
本实用新型的有益效果是：以高硬度工具钢为原料，采用线切割一体化加工而成，完全满足高强度金属材料的测试研究要求，有效延长夹具压头的使用寿命，不影响计算预制裂纹的疲劳载荷，大大缩短安装试样的时间，完全保证疲劳预制裂纹的效果。
附图说明
图1是现有夹具的主视图。
图2是本实用新型夹具的主视图。
图3是本实用新型夹具所用压头的主视图。
图中标记为：1-加力头，2-压头，3-试样，4-预制裂纹，5-支辊，10-对称面，11-加力头本体，20-固定端，21-第一施力点，22-第二施力点，F-交变载荷，W-试样厚度，a-第一施力点和第二施力点之间的间距，R-圆柱面形凸台的半径。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1所示为现有的用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具，通常称为三点弯曲夹具，该夹具包括加力头1和两个相对于加力头1的施力方向所在铅垂面左右对称布置的支辊5，加力头1包括加力头本体11和安装在加力头本体11下部的圆柱形压头，所述压头位于两个支辊5的对称面10上。试样3位于两个支辊5和压头之间，交变载荷F经夹具作用在预制有预制裂纹4的试样3上，试验要求是该压头的轴心线必须与该预制裂纹4对正，即轴心线与该预制裂纹4处于同一铅垂面上。
如图2和图3所示，本实用新型的用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具，包括加力头1和两个相对于加力头1的施力方向所在铅垂面左右对称布置的支辊5，加力头1上设置有相对于两支辊5的对称面10对称设置的第一施力点21和第二施力点22。
所谓第一施力点21和第二施力点22，系指夹具加力头1接触试样3时所产生的两条接触线。由于在金属材料断裂力学性能测试及研究中，所施加的疲劳载荷不进入测试项目的计算，数值大小有很宽的范围。而本实用新型的夹具与试样3之间有四个接触点，即与加力头1接触的两个接触点和与支辊5接触的两个接触点，在交变载荷F的作用下，试样3在第一施力点21和第二施力点22之间的部分所受弯曲应力是相等的，不影响试验结果，在试样3固定时就很容易操作，只要将预制裂纹4置于该第一施力点21和第二施力点22之间的竖向区域内就符合试验要求了，因而操作简便。
如图2和图3所示，为便于更换加力头1的磨损部分，所述加力头1包括加力头本体11和连接在加力头本体11下部的压头2，第一施力点21和第二施力点22均位于压头2上，并且，此时两个施力点之间的距离固定不变，可以平均分配施加的载荷。
如图2和图3所示，为便于加工，所述压头2上设置有相对于所述对称面10对称的两个圆柱面，该两个圆柱面与其水平切面的交线即为第一施力点21和第二施力点22。试样3固定后，试样3的表面同时与该两个圆柱面相切，该两个圆柱面的轴心线间距即是第一施力点21和第二施力点22之间的间距a。
可将现有夹具改造为本实用新型的夹具，如图2所示，所述压头2上设置有突出的固定端20，固定端20与加力头本体11下部设置的凹槽相匹配。
如不改变现有加力头本体11的形状，可将所述固定端20设计成外轮廓形状为圆柱面形的凸台，能直接安装在现有的加力头本体11上，显然，其所对应的圆心角应大于180°，才能在竖向固定。
为保证加工精度，保证夹具满足测试要求，所述固定端20和凹槽可采用线切割加工成型，即将一块整体材料经线切割加工为两个相匹配的零件。所述压头2最好采用高硬度工具钢制作，其强度为HRC≥50，以更好地满足高强度金属材料测试时的试验需要，还能保证在长时间的试验过程中压头2基本不变形，有效延长夹具的使用寿命。也可选用与此钢种硬度、强度、韧性相当的其它材料。因为如果压头2有大的变形，会使压头2与试样3的接触不再是线接触，影响疲劳预制裂纹的效果。
实施例
用两组厚度为20mm、宽度为45mm的弯曲试样，分别采用现有三点弯曲夹具和本实用新型的夹具进行疲劳预制裂纹的试验，经相同共振频率降后，压断试样，按“GB/T4161金属材料平面应变断裂韧度KIC试验方法”的要求，在大型工具显微镜下测量断口处疲劳预制裂纹的长度。
下表中，a为a1、a2、a3的平均值，“最大裂纹偏差”为所测5个位置处的裂纹长度与的百分偏差，“表面裂纹差”为a0、a4之差与的百分偏差。a0、a1、a2、a3、a4、的单位均为mm。
表1三点弯曲方法疲劳预制裂纹
序号 a0 a1 a2 a3 a4 a   最大裂纹偏差％   表面裂纹差％
  3-1   21.14   21.92   21.95   21.51   20.56   21.79   5.64   2.66
  3-2   20.51   21.50   22.13   22.03   20.69   21.89   6.31   0.82
  3-3   21.31   21.99   22.30   21.82   20.28   22.04   7.99   4.67
  3-4   20.86   21.82   22.21   21.81   20.97   21.95   4.97   0.50
  3-5   20.67   21.59   21.99   21.78   20.79   21.79   5.14   0.55
表2四点弯曲方法疲劳预制裂纹
序号 a0 a1 a2 a3 a4 a   最大裂纹偏差％   表面裂纹差％
  4-1   20.68   21.35   21.31   21.16   20.53   21.27   3.48   0.71
  4-2   20.89   21.80   21.99   21.67   20.67   21.82   5.27   1.01
  4-3   21.30   22.22   22.45   22.10   21.26   22.26   4.49   0.18
  4-4   20.57   21.66   22.12   21.82   20.74   21.87   1.30   0.78
  4-5   20.02   20.91   21.36   21.22   20.48   21.16   5.39   2.17
由上述两组数据可见，用四点弯曲方法疲劳预制裂纹的效果比用三点弯曲方法预制的好，完全满足测试标准对疲劳预制裂纹的要求。后经约30件试样的疲劳预制裂纹试验，效果非常明显，还有效缩短了疲劳预制裂纹的时间。

Claims (5)

1.用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具，包括加力头(1)和两个相对于加力头(1)的施力方向所在铅垂面左右对称布置的支辊(5)，其特征是：加力头(1)上设置有相对于两支辊(5)的对称面(10)对称设置的第一施力点(21)和第二施力点(22)。
2.如权利要求1所述的用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具，其特征是：所述加力头(1)包括加力头本体(11)和连接在加力头本体(11)下部的压头(2)，第一施力点(21)和第二施力点(22)均位于压头(2)上。
3.如权利要求2所述的用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具，其特征是：所述压头(2)上设置有相对于所述对称面(10)对称的两个圆柱面，该两个圆柱面与其水平切面的交线即为第一施力点(21)和第二施力点(22)。
4.如权利要求2或3所述的用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具，其特征是：所述压头(2)上设置有突出的固定端(20)，固定端(20)与加力头本体(11)下部设置的凹槽相匹配。
5.如权利要求4所述的用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具，其特征是：所述固定端(20)为圆柱面形凸台，其所对应的圆心角大于180°。
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