CN210690230U - 一种蠕变压缩夹具组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种蠕变压缩夹具组件,包括试样及换向器，换向器包括上压块与下压块，上压块的底面及下压块的顶面分别设置有供试样末端伸入的三棱柱状的上下定位孔，上下压块侧壁对应上下定位孔的位置分别设置有从外部贯通至上下定位孔的上下紧固孔，上下紧固孔内设有沿试样横向方向抵紧试样的顶紧部件。本实用新型优化了试样在安装过程中与压缩夹具中心的平行度，确保试样在压缩过程中的对中性，减小左右变形量的差异，提高了试验精度。扩大了试验应力范围，保证了试验数据的重复性、完整性和操作的安全性。简化了试验步骤，节省试验时间，大大减少试样的使用量和机器的使用次数，更加节能环保。且试样两端不需要加工螺纹，加工简便。

Description

一种蠕变压缩夹具组件

技术领域

本实用新型涉及蠕变试验设备，尤其是一种蠕变压缩夹具组件。

背景技术

随着我国工业的飞速发展，蠕变时效成形技术也在不断的进步，蠕变时效成形技术是飞机、火箭等大型壁板的主要成形持术，在对铝合金等材料进行实际的蠕变时效成形之前，一般会用有限元软件进行蠕变时效成形仿真，通过软件仿真确定最合适的实际成形方案。而在对材料进行蠕变时效成形仿真前，要对材料的蠕变性能进行测试，常用的是蠕变试验机，将待测试的材料加工成试样，将试样装夹在蠕变试验机的上下拉伸杆之间，在设定的蠕变时效温度中对试样进行蠕变拉伸或压缩试验，以得到试样的拉伸或压缩蠕变量，进而得到材料的蠕变曲线，以提供给蠕变时效成形仿真模型，并最终用于指导实际的蠕变时效成形。

现有的蠕变试验机对试样进行蠕变压缩试验时，一般采用棒状试样进行试验，棒状试样两端设置有外螺纹，棒状试样两端与压缩夹具的连接方式为直接或间接的螺纹旋接，如中国专利201910244627.4公开的一种蠕变压缩试验装置，其试样上端与上压块螺纹连接，下端与锥形定位器螺纹连接，锥形定位器由下压块上的锥孔定位，以增强试样的对中性。由于螺纹旋接的时候也会存在安装间隙，因此，试样在受压过程中，还是会存在轻微的左右晃动的可能性，对中性不够好，蠕变时效试验过程中试样的左右变形量有一定差别，影响试验数据的准确性，因此，现有技术中需要一种更好的方案，来解决这个问题。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种一种蠕变压缩夹具组件，以解决背景技术中提出的问题。

一种蠕变压缩夹具组件，包括试样、顶紧部件一、顶紧部件二及用于连接在蠕变试验机上下连接头之间的换向器，所述换向器包括上压块与下压块，上压块与下压块之间沿蠕变试验机的拉伸方向保持有用于安装所述试样的间距，且该间距值能够调整，所述间距变小时用于对试样提供蠕变压缩加载操作，所述间距变大时用于卸下试样；

所述试样的两端外壁均为光滑的圆柱面结构；

所述上压块的底面设置有供试样上端伸入的三棱柱状的上定位孔，下压块的顶面设置有供试样下端伸入的三棱柱状的下定位孔，上定位孔与下定位孔沿蠕变试验机的拉伸杆轴向方向对齐且二者位置、轮廓与尺寸均相同，上定位孔与下定位孔的内表面均为光滑表面且两者的内切圆柱直径大于待伸入试样端部的直径，以使试样顺利伸入；

所述上压块侧壁对应上定位孔的位置设置有从外部贯通至上定位孔的上紧固孔，所述上紧固孔的轴心线与上定位孔的一条侧棱相交，上紧固孔内设置有所述顶紧部件一，顶紧部件一用于沿上紧固孔的轴向方向抵紧试样上端外壁，使试样上端与上定位孔另两个侧壁贴合并形成相切的位置关系并被锁紧，该两个侧壁的交线为所述与上紧固孔的轴心线相交的侧棱；

所述下压块侧壁对应下定位孔的位置设置有从外部贯通至下定位孔的下紧固孔，所述下紧固孔的轴心线与下定位孔的一条侧棱相交，下紧固孔内设置有所述顶紧部件二，顶紧部件二的用于沿下紧固孔的轴向方向抵紧试样下端外壁，使试样下端与下定位孔的两个侧壁贴合并形成相切的位置关系并被锁紧，该两个侧壁的交线为所述与下紧固孔的轴心线相交的侧棱；

所述上紧固孔与下紧固孔的轴心线位于同一与蠕变试验机的拉伸杆轴向方向平行的平面内，使得试样上下两端分别被顶紧部件一与顶紧部件二的末端抵紧并分别与上下定位孔相切时，所述试样上端与下端也刚好位于同一与蠕变试验机的拉伸杆轴向方向平行的平面内，从而实现试样的对中，防止试样在蠕变压缩试验中过早的弯曲。

优选的，所述上紧固孔的轴心线与上定位孔的一条侧棱垂直相交，下紧固孔的轴心线与下定位孔的侧棱垂直相交。

进一步的，所述上紧固孔与下紧固孔均为带内螺纹的螺纹孔，所述顶紧部件一与顶紧部件二均为带有外螺纹的螺栓或螺钉，顶紧部件一与顶紧部件二分别在上紧固孔与下紧固孔中朝靠近试样的方向旋进而分别对试样进行紧固。

优选的，所述上定位孔与下定位孔的深度小于或等于待伸入试样的端部的长度，且所述上定位孔与下定位孔的深度大于或等于待伸入试样的端部长度的1/2，以保证装夹的牢固度，又不会影响试样上下凸耳处与引伸装置的连接。

进一步的，所述换向器还包括上导向杆、下导向杆、位于上压块上方的上拉伸杆与上连接块，以及位于下压块下方的下拉伸杆与下连接块，上拉伸杆的上端用于连接蠕变试验机的上连接头，上拉伸杆的下端与上连接块固定连接，下拉伸杆的下端用于连接蠕变试验机的下连接头，下拉伸杆的上端与下连接块固定连接，上导向杆从上至下依次穿过上连接块、上压板与下压板上设置的导向孔，所述上导向杆中间部位穿设在上压块上设置的导向孔中，上导向杆上端带有轴肩且该端与上连接块通过螺母一固定连接，上导向杆下端穿过下压块上的导向孔后连接有螺母二；下导向杆从下至上依次穿过下连接块、下压板与上压板上设置的导向孔，所述下导向杆中间部位穿设在下压块上设置的导向孔中，下导向杆上端穿过上压块上的导向孔后连接有螺母三，下导向杆下端带有轴肩且该端通过螺母四与下连接块固定连接。上压块与下压块均可相对上下导向杆滑移，上压块与下压块之间用于安装试样的间距可手动调整。

本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型通过改变压缩夹具与棒状试样间的装夹方式，解决压缩蠕变试验过程中由于试样与压缩夹具间的安装间隙使试样对中性较差，导致试样左右变形差距较大，蠕变量测量精度差的问题，本实用新型主要应用于测量单轴压缩蠕变时效试验时的微小变形，本实用新型可以解决以下几个问题：

1、优化了试样在安装过程中与压缩夹具中心的平行度，确保试样在压缩过程中的对中性，减小左右变形量的差异，可明显提高微小变形的测量精度。

2、解决了在较高应力水平下由于试样易发生弯曲而导致时效时间无法达到试验要求的问题，扩大了试验应力范围，保证了试验数据的完整性，为科学研究提供更全面的试验结果。

3、减小了试样在压缩过程中失稳和弯曲的可能性，使试样的稳定性较好，良好的保证了试验机器的安全性。且试验测量数据的准确性和可重复性好，避免了使用以往压缩夹具时需多次重复试验的现象，简化了试验步骤，节省试验时间，大大减少试样的使用量和机器的使用次数，更加节能环保。

4、本实用新型将现有的棒状试样两端的外螺纹结构改为光滑的圆柱状结构，用于伸入上下定位孔中，一方面可增加试样与定位孔之间的接触面积，增强试样的装夹牢固度，另一方面可减少试样加工至成品所需经历的步骤，节省人工与成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例的蠕变压缩夹具组件整体安装结构图；

图2是本实用新型优选实施例的蠕变压缩夹具组件试样装夹位置处的细节放大图；

图3是本实用新型优选实施例的蠕变压缩夹具组件试样装夹位置处的内部剖视结构图；

图4是以现有压缩夹具进行的第一组第一次压缩蠕变试验试验得到的变形量随时间变化曲线图；

图5是以现有压缩夹具进行的第一组第二次压缩蠕变试验试验得到的变形量随时间变化曲线图；

图6是以本发实用新型优选实施例的蠕变压缩夹具组件进行的第二组压缩蠕变试验得到的变形量随时间变化曲线图；

图7是以本发实用新型优选实施例的蠕变压缩夹具组件进行的第三组压缩蠕变试验得到的变形量随时间变化曲线图。

图中：1-上压块，11-上定位孔，12-上紧固孔，13-上导向杆，14-上拉伸杆，15-上连接块，16-螺母一，17-螺母三，2-下压块，21-下定位孔，22-下紧固孔，23-下导向杆，24-下拉伸杆，25-下连接块，26-螺母二，27-螺母四，3-试样，4-顶紧部件一，5-顶紧部件二。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1～图3的一种蠕变压缩夹具组件，包括试样3，顶紧部件一4、顶紧部件二5及用于连接在蠕变试验机上下连接头(即上连接头与下连接头，图中未示出)之间的换向器，换向器包括上压块1与下压块2，上压块与下压块之间沿蠕变试验机的拉伸方向保持有用于安装试样3的间距，且该间距值可以在蠕变试验机的驱动下调整，所述间距可变小而用于对试样提供蠕变压缩加载操作，间距可变大而用于卸下试样3；本实施例中，试样3的两端外壁为光滑的圆柱面结构。

上压块的底面设置有供试样上端伸入的三棱柱状的上定位孔11，下压块的顶面设置有供试样下端伸入的三棱柱状的下定位孔21，上定位孔与下定位孔沿蠕变试验机的拉伸杆轴向方向对齐且二者位置、轮廓与尺寸均相同，上定位孔与下定位孔的内表面光滑且两者的内切圆直径大于待伸入试样端部的直径；本实施例中，上定位孔与下定位孔的横截面均为正三角形。

上压块侧壁对应上定位孔的位置设置有从外部贯通至上定位孔的上紧固孔12，所述上紧固孔的轴心线与上定位孔的一条侧棱相交，上紧固孔内设置有顶紧部件一4，顶紧部件一的末端沿上紧固孔的轴向方向抵紧棒状试样上端外壁，使棒状试样上螺纹端与上定位孔另两个侧壁贴合并形成相切的位置关系，该两个侧壁的交线为所述与上紧固孔的轴心线相交的侧棱；

下压块侧壁对应下定位孔的位置设置有从外部贯通至下定位孔的下紧固孔22，下紧固孔的轴心线与下定位孔的一条侧棱相交，下紧固孔内设置有顶紧部件二5，顶紧部件二的末端沿下紧固孔的轴向方向抵紧棒状试样下端外壁，使棒状试样下螺纹端与下定位孔的两个侧壁贴合并形成相切的位置关系，该两个侧壁的交线为所述与下紧固孔的轴心线相交的侧棱；

本实施例中，上紧固孔与下紧固孔的轴心线沿水平方向设置且位于同一与蠕变试验机的拉伸杆轴向方向平行的平面内，使得试样上下两端分别被顶紧部件一与顶紧部件二抵紧并分别与上下定位孔相切时，所述试样上端与下端也刚好位于同一与蠕变试验机的拉伸杆轴向方向平行的平面内，从而实现试样的对中，防止试样在蠕变压缩试验中过早的弯曲。

本实施例中，上紧固孔的轴心线与上定位孔的一个棱柱面垂直相交，与该棱柱面相对的侧棱也与上紧固孔的轴心线垂直相交，下紧固孔的轴心线与下定位孔的一个棱柱面垂直相交，与该棱柱面相对的侧棱也与下紧固孔的轴心线垂直相交。

本实施例中，所述上定位孔与下定位孔的深度等于待伸入试样端部的长度，以保证装夹的牢固度，又不会影响试样上下凸耳处与引伸装置的连接。

本实施例中，换向器还包括上导向杆13、下导向杆23、位于上压块上方的上拉伸杆14与上连接块15，以及位于下压块下方的下拉伸杆24与下连接块25，上拉伸杆的上端用于连接蠕变试验机的上连接头，上拉伸杆的下端与上连接块固定连接，下拉伸杆的下端用于连接蠕变试验机的下连接头，下拉伸杆的上端与下连接块固定连接，上导向杆从上至下依次穿过上连接块、上压板与下压板上设置的导向孔，所述上导向杆中间部位穿设在上压块上设置的导向孔中，上导向杆上端带有轴肩且该端与上连接块通过螺母一16固定连接，上导向杆下端穿过下压块上的导向孔后连接有螺母二26。下导向杆从下至上依次穿过下连接块、下压板与上压板上设置的导向孔，所述下导向杆中间部位穿设在下压块上设置的导向孔中，下导向杆上端穿过上压块上的导向孔后连接有螺母三17，下导向杆下端带有轴肩且该端通过螺母四27与下连接块固定连接。上压块与下压块均可相对上下导向杆滑移，上压块与下压块之间用于安装试样3的间距可手动调整。

本实施例中，顶紧部件一与顶紧部件二均采用带内六角孔的螺栓。

试样装夹时，将试样上下两端分别放入三棱柱状的上下定位孔内，试样的上下两端面与上下定位孔的内底面完全接触后，旋紧上下紧固孔中用于锁紧的内六角螺栓，利用顶紧式径向受力的锁紧方法，将试样两端锁紧在三棱柱的定位内，此时即完成试样与换向器的连接，因为上下两定位孔完全平行，且试样与换向器在安装过程中不会左右晃动，良好的保证了试样与压缩夹具的平行度，减小试样在压缩蠕变试验过程中左右变形不对称的现象，使试验数据准确性更高，并且由于保证了良好的对中性，使试样的稳定性较好，解决了在较高应力水平下试样易发生弯曲的问题。

在试验过程中，蠕变试验机的驱动系统将力传递给上下活动拉杆，使上下拉杆分别向上和向下移动，试样所需的压应力状态通过换向器来实现，换向器将蠕变机的拉应力转换为试样的压应力。

试样固定好后，在试样上安装上下引伸杆组，引伸杆的下方连接位移传感器，实时测量试样的变形数据，在试样中部表面固定热电偶，保证试样的温度与试验设定的蠕变机炉内温度基本一致。在控制蠕变机的电脑上设置具体的试验参数，试验步骤以及各步骤的数据采点频率。

试验结束后即可从蠕变试验机的PC显示屏上获得详细的蠕变量数据，包括左变形量，右变形量，平均变形量和相对伸长量。其中左变形量和右变形量随时间变化曲线的重合度，是判断试样变形均匀性以及试样是否发生弯曲的重要参考，若左右变形基本一致，说明试样变形较为均匀且没有基本没有弯曲，此时的蠕变数据准确性高，可用作后续的科学分析。

为了验证本实用新型的蠕变压缩夹具在试样对中性与稳定性方面的有益效果，本实用新型以珠海三思泰捷电气设备有限公司生产的SUST-D5蠕变试验机为试验设备，蠕变试验机力控误差精度为±3N，配套辅助加热炉温度控制精度为±2℃。蠕变量整体测量系统包括：上引伸杆组、下引伸杆组和炉外的位移传感器组成。在蠕变时效过程中试样的蠕变量则通过上引伸杆组与下引伸杆组的左右引伸杆来传递给炉外的位移传感器读取。其中位移传感器为光栅线位移传感器，其精度为5×10^-4mm。

以上述蠕变试验机进行单轴恒应力压缩蠕变时效对比试验，试验分为三组，三组试验所使用的试样均为状态完全相同的2219铝合金蠕变试样，其中：

第一组以现有的压缩夹具(选用的现有的压缩夹具与中国专利201910244627.4公开的结构相同)和两端为螺纹状的试样进行三次试验条件完全相同的压缩蠕变试验，试验条件为：试验温度165℃，升温速率5℃/min，时效时间9h，应力大小120MPa；

第二组以本实用新型的蠕变压缩夹具对两端为光滑圆柱状结构的试样进行三次与第一组试验条件完全相同的压缩蠕变试验；

第三组以本实用新型的蠕变压缩夹具对两端为光滑圆柱状结构的试样进行两次完全相同的压缩蠕变试验，除应力大小为180MPa外，其余试验条件与第二组相同。

第一组三次试验的蠕变量分别为第一次0.27％(具体可参见图4的曲线图)，第二次0.215％(具体可参见图5的曲线图)，第三次0.259％，第一、二、三次试验的左右变形量差异分别为0.022mm，0.029mm，0.018mm(左右相差约21％，32％，18％)，但此左右变形量差异依然较大。可见用现有的压缩夹具进行蠕变试验时，试验可重复性较差，试验数据准确度不高，对试验数据的分析造成了很大的困难，需要进行多次重复试验后才能确定较为准确的试验结果；

第二组三次试验的蠕变量分别为第一次0.264％，第二次0.266％，第三次0.263％，三次试验的左右变形量差异均较小，左右变形量差异在0.005-0.008mm(左右相差6％-9％)之间，三次试验的应变量随时间变化曲线基本上均可用图6的曲线图表示；

第三组两次试验的蠕变量分别为第一次0.608％和第二次0.603％，左右变形量差异均较小，约为0.006～0.007mm(左右相差4％-6％)，两次试验的应变量随时间变化曲线基本上均可用图7的曲线图表示。

从以上数据可知，以第二组与第三组试验为代表的本实用新型的蠕变压缩夹具组件与现有压缩夹具相比明显减小，且实验数据可重复性高，一般进行两次相同试验即可确定较为准确的试验数据。

另外在三组试验过程中，实用新型人发现，现有的压缩夹具在试样安装过程中由于试样与换向器为间隙连接，试样安装后依然会轻微晃动，而蠕变时效试验的蠕变量很小，测量十分精密，即使是轻微的晃动对蠕变时效时试样的左右变形也有很大影响，因此需要试验人员依靠目测试样与压缩夹具的平行度来尽量保障数据的准确性，但此方法对试验人员的操作要求很高，且试验结果不确定性大。因此现有的压缩夹具所测量出来的蠕变数据精度不够高，只能得到出大致的数据范围和试验规律。

而改进后的本实用新型的压缩夹具组件在安装试样的过程中不再需要试验人员依靠目测，安装操作简单，且将试验数据准确度高，基本可以精确到具体数值，避免试验的重复操作，极大缩短了试验时间，并且扩大了试验应力范围，为科研人员进行高精度的数据分析和理论研究提供了可靠保障。同时试样的使用量大大减少，有效节约了材料的使用量和加工费用，符合节能环保的理念。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，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 (5)

1.一种蠕变压缩夹具组件，其特征在于，包括试样(3)、顶紧部件一(4)、顶紧部件二(5)及用于连接在蠕变试验机上下连接头之间的换向器，所述换向器包括上压块(1)与下压块(2)，上压块与下压块之间沿蠕变试验机的拉伸方向保持有用于安装所述试样的间距，且该间距值能够调整，所述间距变小时用于对试样提供蠕变压缩加载操作，所述间距变大时用于卸下试样；

所述试样的两端外壁均为光滑的圆柱面结构；

所述上压块的底面设置有供试样上端伸入的三棱柱状的上定位孔(11)，下压块的顶面设置有供试样下端伸入的三棱柱状的下定位孔(21)，上定位孔与下定位孔沿蠕变试验机的拉伸杆轴向方向对齐且二者位置、轮廓与尺寸均相同，上定位孔与下定位孔的内表面均为光滑表面且两者的内切圆柱直径大于待伸入试样端部的直径，以使试样顺利伸入；

所述上压块侧壁对应上定位孔的位置设置有从外部贯通至上定位孔的上紧固孔(12)，所述上紧固孔的轴心线与上定位孔的一条侧棱相交，上紧固孔内设置有所述顶紧部件一(4)，顶紧部件一用于沿上紧固孔的轴向方向抵紧试样上端外壁，使试样上端与上定位孔另两个侧壁贴合并形成相切的位置关系并被锁紧，该两个侧壁的交线为上定位孔的与上紧固孔的轴心线相交的侧棱；

所述下压块侧壁对应下定位孔的位置设置有从外部贯通至下定位孔的下紧固孔(22)，所述下紧固孔的轴心线与下定位孔的一条侧棱相交，下紧固孔内设置有所述顶紧部件二(5)，顶紧部件二的用于沿下紧固孔的轴向方向抵紧试样下端外壁，使试样下端与下定位孔的两个侧壁贴合并形成相切的位置关系并被锁紧，该两个侧壁的交线为下定位孔的与下紧固孔的轴心线相交的侧棱；

所述上紧固孔与下紧固孔的轴心线位于同一与蠕变试验机的拉伸杆轴向方向平行的平面内，使得试样上下两端分别被顶紧部件一与顶紧部件二的末端抵紧并分别与上下定位孔相切时，所述试样上端与下端也刚好位于同一与蠕变试验机的拉伸杆轴向方向平行的平面内，从而实现试样的对中，防止试样在蠕变压缩试验中过早的弯曲；

所述换向器还包括上导向杆(13)、下导向杆(23)、位于上压块上方的上拉伸杆(14)与上连接块(15)，以及位于下压块下方的下拉伸杆(24)与下连接块(25)，上拉伸杆的上端用于连接蠕变试验机的上连接头，上拉伸杆的下端与上连接块固定连接，下拉伸杆的下端用于连接蠕变试验机的下连接头，下拉伸杆的上端与下连接块固定连接，上导向杆从上至下依次穿过上连接块、上压块与下压块上设置的导向孔，所述上导向杆中间部位穿设在上压块上设置的导向孔中，上导向杆上端与上连接块通过螺母一(16)固定连接，上导向杆下端穿过下压块上的导向孔后连接有螺母二(26)；下导向杆从下至上依次穿过下连接块、下压块与上压块上设置的导向孔，所述下导向杆中间部位穿设在下压块上设置的导向孔中，下导向杆上端穿过上压块上的导向孔后连接有螺母三(17)，下导向杆下端通过螺母四(27)与下连接块固定连接，上压块与下压块均可相对上下导向杆滑移，上压块与下压块之间用于安装试样(3)的间距可手动调整。

2.根据权利要求1所述的一种蠕变压缩夹具组件，其特征在于，所述上紧固孔的轴心线与上定位孔的一条侧棱垂直相交，下紧固孔的轴心线与下定位孔的侧棱垂直相交。

3.根据权利要求1所述的一种蠕变压缩夹具组件，其特征在于，所述上紧固孔与下紧固孔均为带内螺纹的螺纹孔，所述顶紧部件一与顶紧部件二均为带有外螺纹的螺栓或螺钉，顶紧部件一与顶紧部件二分别在上紧固孔与下紧固孔中朝靠近试样的方向旋进而分别对试样进行紧固。

4.根据权利要求1所述的一种蠕变压缩夹具组件，其特征在于，所述上定位孔与下定位孔的深度小于或等于待伸入试样的端部的长度，且所述上定位孔与下定位孔的深度大于或等于待伸入试样的端部长度的1/2，以保证装夹的牢固度，又不会影响试样上下凸耳处与引伸装置的连接。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种蠕变压缩夹具组件，其特征在于，上导向杆上端和下导向杆下端均带有轴肩。

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