CN210376027U - 一种线材脆性测试设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种线材脆性测试设备，包括形变测试系统和往复运动系统；所述形变测试系统包括压迫块和底座；所述底座位置固定，所述压迫块与往复运动系统相连、在往复运动系统的带动下做朝向底座的往复运动；所述压迫块上设有线材折弯凸起，所述底座上设有与折弯凸起配合的折弯槽，当压迫块向底座运动时，线材折弯凸起与折弯槽之间形成线材折弯隧道。通过往复运动系统带动压迫块做往复运动，使压迫块和底座的每次配合都挤压线材做相应的弯曲变形，即可有效评估线材的脆性。

Description

一种线材脆性测试设备

技术领域

本实用新型涉及一种线材脆性测试设备。

背景技术

3D打印又称为增材制造，是近30年来兴起并快速发展的一类基于逐层材料累加原理的先进制造方法。根据美国材料与试验协会F42委员会(ASTM Committee F42)的定义，3D打印总共包含7项子技术：材料挤出(Material Extrusion)、材料喷射(MaterialJetting)、粘合剂喷射(Binder Jetting)、容器式光聚合(Vat Photopolymerization)、层叠制造(Sheet Lamination)、粉末床融合(Powder Bed Fusion)、定向能量沉积(DirectedEnergy Fusion)。其中，材料挤出、容器式光聚合和粉末床融合技术应用最为广泛。尤其是材料挤出式3D打印，由于其较低的设备成本、较广的材料选择和较好的成型件性能等优势，近几年来获得了广泛的应用。

材料挤出式3D打印技术基于材料在流动态(如熔融态、溶液等)下，受压力作用下挤出、逐层堆积并固化(如玻璃态转变、结晶、溶剂挥发等)，从而构建3D物体。在材料挤出式3D打印中应用较为广泛的一项技术称为熔融堆积成型(fused deposition model ing)或熔融线材制造(fused filament fabrication)。其基本原理是：将热塑性高分子的线材利用齿轮传送到一个高温的热端将高分子熔融，热端在计算机运动控制系统的控制下沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料局部熔合；这一过程会不断逐层重复，从而构建三维物体。

常见材料挤出式3D打印技术使用的是1.75mm和2.85mm的塑料线材。线材通常卷绕在不同尺寸规格的塑料盘中。在3D打印过程中，打印设备会缓慢从塑料盘中牵引线材。所以从线材的挤出收卷到分小卷，再到包装，再到3D打印使用，这一系列过程中，线材会经历反复弯折。任何一个环节的脆断都会造成损失，对线材脆性的评估很有必要。有助于优化挤出、分卷、包装等生产工艺，增加产品的质量检查项目，完善产品的品质控制，确保3D打印过程一次成型，避免线材中途断裂，导致打印失败。

传统的材料脆性评估主要考察材料的冲击数据，国标方法是注塑样条的简支梁或悬臂梁冲击试验。常见的3D线材只有1.75mm和2.85mm，不适合在冲击试验仪上测试。而且线材的脆性情况，通过切粒注塑样条进行冲击测试并不合理。注塑过程因为再次热加工，会消除线材表层的缺陷情况，冲击数据更多反映材料特性，忽略了加工和分卷等工艺过程对线材的影响。所以直接测试线材的脆性很有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种线材脆性测试设备，通过往复运动系统带动压迫块做往复运动，使压迫块和底座的每次配合都挤压线材做相应的弯曲变形，即可有效评估线材的脆性。

本实用新型是这样实现的：

一种线材脆性测试设备，包括形变测试系统和往复运动系统；所述形变测试系统包括压迫块和底座；所述底座位置固定，所述压迫块与往复运动系统相连、在往复运动系统的带动下做朝向底座的往复运动；所述压迫块上设有线材折弯凸起，所述底座上设有与折弯凸起配合的折弯槽，当压迫块向底座运动时，线材折弯凸起与折弯槽之间形成线材折弯隧道。

进一步的，所述往复运动系统包括滑动座、步进电机、丝杆和滑台，所述丝杠固定在滑动座上，所述滑台滑动套设在丝杆上，所述步进电机设置在滑动座上方并与滑台相连、以带动滑台在丝杆上往复运动；所述压迫块4即设置在滑台上。

进一步的，所述压迫块与滑台可拆卸连接，所述底座可拆卸的连接在远离步进电机一侧的滑动座上。

作为一种优选方案，所述线材折弯凸起为单点折弯凸起、两点折弯凸起、三点折弯凸起或连续折弯凸起。

作为一种优选方案，还包括控制系统，所述控制系统与步进电机相连。

作为一种优选方案，所述控制系统包括单片机。

作为另一种方案，所述线材脆性测试设备还包括安装台、转动电机和齿轮组，所述转动电机固定在安装台上；所述齿轮组包括主动齿轮和从动齿轮，所述从动齿轮中部设有轴，所述轴通过轴承转动连接在安装台上，所述主动齿轮与从动齿轮啮合相接，主动齿轮中部与转动电机的输出轴相接、以使转动电机带动主动齿轮转动；所述主动齿轮的齿上设有沟槽，所述从动齿轮的齿上设有与沟槽相配合的凸起，所述主动齿轮与从动齿轮相接处即为啮合区，所述啮合区内的沟槽和凸起之间形成线材折弯区。

作为一种优选方案，所述沟槽的截面呈弧形槽状，所述凸起的截面呈与沟槽相配合的弧形凸起；啮合区内的沟槽和凸起之间形成圆形隧道，该圆形隧道即为线材折弯区。

作为一种优选方案，所述转动电机与控制系统相连。

本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单，通过压迫块和底座的独特结构设计，使之具有相互配合的折弯凸起和折弯槽，当压迫块在往复运动系统带动下压向底座时，即可形成线材折弯隧道。如此，将线材置于折弯槽，再使压迫块压向线材，即可对线材施加对应折弯槽形状对应的压迫变形，以此考察线材受压变形后存在的断裂情况。通过对选取线材产品多个位点的变形情况进行统计分析，可以综合评估该线材的脆性情况。其中压迫块压迫线材的速度和线材变形程度等参数也可根据需要进行手动或者电动调整，以形成测试梯度，扩大线材脆性的测试范围，深入区分形变程度和压迫速度对同种材质脆性的差异化影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型的主视图；

图2是本实用新型的右视图；

图3是本实用新型实施例1的形变测试系统示意图；

图4是本实用新型实施例2的形变测试系统示意图；

图5是本实用新型实施例3的形变测试系统示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

本实施例提供的是如图1所示的线材脆性测试设备，该设备包括形变测试系统、往复运动系统和控制系统。

首先，本申请的往复运动系统可采用丝杆、连杆、齿轮、皮带、直线电机在内的各种可以实现相同功能的运动系统，这类系统十分成熟且市面较为常见，可根据不同的安装需求和操作需求进行选用。而由于本实施例是用于对线材脆性直接测试，为操作方便，本实施例的往复运动系统设置为如下结构：包括滑动座8、步进电机1、丝杆2和滑台3，所述丝杠固定在滑动座上，所述滑台滑动套设在丝杆上，所述步进电机设置在滑动座上方并与滑台相连、以带动滑台在丝杆上往复运动。本实施例只是对其安装的方向(一般的往复运动系统通常是水平放置)、滑动座8的结构进行了适应性的改进，其他部件的连接细节及整个系统的工作原理均十分成熟，因此不再赘述。

本实施例的控制系统可直接采用现有的线材脆性测试系统常用的控制系统，其中的控制器采用51单片机即可。该控制系统与往复运动系统中的步进电机相连，以起到调整其运动的速度、往复频率及往复运动的幅度等作用。

同时，本实施例的形变测试系统包括压迫块4和底座5，所述底座5可拆卸的连接在远离步进电机1一侧的滑动座8上，所述压迫块4可拆卸的连接在滑台3上。如此，即可随时对压迫块4和底座5进行更换，而压迫块7也可随滑台3的下移而下压。为实现对线材的脆性测试，所述压迫块4上设有线材折弯凸起6，所述底座5上设有与折弯凸起配合的折弯槽7，当压迫块向底座运动时，线材折弯凸起与折弯槽之间形成线材折弯隧道13。

本实施例中，压迫块4上的线材折弯凸起6设置为如图2所示的三点折弯结构(W形)，其中，9、10、11是三个弯折点，单次循环的测试参数为3次，有效节省测试时间。对线材的折弯方向有正折和反折，测试折弯角度更多，考察脆性特征更全面。单次测试折弯点多，两端加持线材的作用减弱，有助于提高测试的可靠性。

实施例2

将实施例1中的压迫块4和底座5拆除，更换为如图3所示的单点折弯结构(V形)的压迫块和对应的底座。其中，12是弯折点，一次测试线材一个折弯变形，电机的负荷更小，有助于高速折弯测试。测试样的折弯状态更统一，统计数据也具有一定的参考价值。两端加持线材的作用力有一定影响。由于线材自带一定的曲率变形，放入折弯区的方向对脆断结果有一定影响，即顺着曲率变形方向压迫折弯的弯曲形变小，反着曲率变形方向压迫折弯的弯曲变形大。

实施例3

本实施例的线材脆性测试设备包括安装台、转动电机和齿轮组，所述转动电机固定在安装台上并与控制系统相连，而安装台可以是滑动座的一部分，也可以是固定在滑动坐上的；所述齿轮组包括主动齿轮14和从动齿轮15，所述从动齿轮中部设有轴，所述轴通过轴承转动连接在安装台上，所述主动齿轮与从动齿轮啮合相接，主动齿轮中部与转动电机的输出轴相接、以使转动电机带动主动齿轮转动；所述主动齿轮14的齿上设有沟槽，所述从动齿轮15的齿上设有与沟槽相配合的凸起，所述主动齿轮与从动齿轮相接处即为啮合区，所述啮合区内的沟槽和凸起之间形成线材折弯区16。

所述齿轮组是包括凸轮组在内的各种可以实现互相啮合的机构，在本实施例中，参见图5。通过控制系统驱动主动齿轮以不同的速度转动，让测试线材被主动齿轮和从动齿轮的啮合齿连续挤压折弯变形。该设备的优势在于可以连续测试，平均下来单次折弯的时间点很短。啮合齿的形状完全一致，折弯程度完全一致。同样对线材的折弯方向有正折和反折，测试折弯角度更丰富，脆性特种评估更全面。转动电机转速的上限很高，所以连续测试的速度范围更大。通过调整不同的啮合齿形状，可以调整折弯形状和折弯程度，同样具有丰富的调整空间。

此外，将所述沟槽的截面呈弧形槽状，所述凸起的截面呈与沟槽相配合的弧形凸起。如此设置，啮合区内的沟槽和凸起之间即可形成圆形隧道，该圆形隧道即为线材折弯区16。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种线材脆性测试设备，其特征在于：包括形变测试系统和往复运动系统；所述形变测试系统包括压迫块(4)和底座(5)；所述底座(5)位置固定，所述压迫块(4)与往复运动系统相连、在往复运动系统的带动下做朝向底座的往复运动；所述压迫块(4)上设有线材折弯凸起(6)，所述底座(5)上设有与折弯凸起配合的折弯槽(7)，当压迫块向底座运动时，线材折弯凸起与折弯槽之间形成线材折弯隧道(13)。

2.根据权利要求1所述的一种线材脆性测试设备，其特征在于：所述往复运动系统包括滑动座(8)、步进电机(1)、丝杆(2)和滑台(3)，所述丝杆固定在滑动座上，所述滑台滑动套设在丝杆上，所述步进电机设置在滑动座上方并与滑台相连、以带动滑台在丝杆上往复运动；所述压迫块(4)即设置在滑台(3)上。

3.根据权利要求2所述的一种线材脆性测试设备，其特征在于：所述压迫块(4)与滑台(3)可拆卸连接，所述底座(5)可拆卸的连接在远离步进电机(1)一侧的滑动座(8)上。

4.根据权利要求2或3所述的一种线材脆性测试设备，其特征在于：所述线材折弯凸起(6)为单点折弯凸起、两点折弯凸起、三点折弯凸起或连续折弯凸起。

5.根据权利要求4所述的一种线材脆性测试设备，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统与步进电机(1)相连。

6.根据权利要求5所述的一种线材脆性测试设备，其特征在于：所述控制系统包括单片机。

7.根据权利要求6所述的一种线材脆性测试设备，其特征在于：还包括安装台、转动电机和齿轮组，所述转动电机固定在安装台上；所述齿轮组包括主动齿轮(14)和从动齿轮(15)，所述从动齿轮中部设有轴，所述轴通过轴承转动连接在安装台上，所述主动齿轮与从动齿轮啮合相接，主动齿轮中部与转动电机的输出轴相接、以使转动电机带动主动齿轮转动；所述主动齿轮(14)的齿上设有沟槽，所述从动齿轮(15)的齿上设有与沟槽相配合的凸起，所述主动齿轮与从动齿轮相接处即为啮合区，所述啮合区内的沟槽和凸起之间形成线材折弯区(16)。

8.根据权利要求7所述的一种线材脆性测试设备，其特征在于：所述沟槽的截面呈弧形槽状，所述凸起的截面呈与沟槽相配合的弧形凸起；啮合区内的沟槽和凸起之间形成圆形隧道，该圆形隧道即为线材折弯区(16)。

9.根据权利要求7所述的一种线材脆性测试设备，其特征在于：所述转动电机与控制系统相连。

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