CN211317987U - 一种小样品小冲杆测试用夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于力学性能测试技术，具体涉及一种小样品小冲杆测试用夹具，包括分别位于夹具上下端的同轴安装的上固定连接块和下固定连接块，两者之间同轴设有冲针连接块、固定底座和导向柱；四个导向柱两两对角正交布置，冲针连接块固定冲针，固定底座的上方固定设有下夹模，下夹模上方设有上夹模，上夹模和下夹模两侧之间的空隙内设有磁铁块。本装置通过机械结构设计，将高精度小样品拉伸试验机的拉力转换为冲针和小球对小样品薄片样品的压力，从而实现了在仅有拉伸功能的高精度小样品力学试验机进行小冲杆测试试验的目的，适用于载荷量程≤2kN的小样品拉伸试验机。

Description

一种小样品小冲杆测试用夹具

技术领域

本实用新型属于力学性能测试技术，具体涉及一种小样品小冲杆测试用夹具。

背景技术

聚变堆包层结构的第一壁及冷却管道的厚度仅为数毫米，在测试其力学性能时，不能使用标准样品，而需要减少测试样品尺寸；在对包层结构材料进行中子辐照实验时，由于中子辐照容器的尺寸有限(如国际聚变堆材料辐照设施(IFMIF)的高通量测试模块(HFTM)的辐照体积仅0.5L，但需要容纳上千个样品)，且受辐照过程中通量及温度分布的均匀性所限制，也需要使用小样品来测试其抗辐照性能。另外，采用小样品有利于降低放射活性、减少中子辐照后实验对人体和环境危害。因而，小样品测试技术是至关重要的。

聚变堆材料力学性能测试所需小样品的尺寸为毫米级，对力学设备和检测工装夹具的精度要求更高，常规材料力学性能测试的通用设备和工装夹具无法满足小样品测量的要求，存在如安装不便、需要辅助工具较多、试验准备时间长、和因夹紧螺丝力度无法掌握造成的测量误差等问题，因而需要设计高精度小样品力学试验机和新型的小样品试验专用夹具装置。小样品力学性能测试的种类很多，本装置仅涉及小冲杆测试专用夹具装置；除了聚变堆材料，本装置也适用于需要涉及到小样品力学性能测试实验的其他非聚变材料领域。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种小样品小冲杆测试用夹具，其能够针对毫米级的小样品进行高精度夹持，并且安装方便，适应小样品力学性能测试实验条件。

本实用新型的技术方案如下：

一种小样品小冲杆测试用夹具，包括分别位于夹具上下端的同轴安装的上固定连接块和下固定连接块，所述的上固定连接块和下固定连接块之间同轴设有冲针连接块、固定底座和导向柱；

所述的导向柱包括竖直方向平行的导向柱a、导向柱b、导向柱c、导向柱d；且四个导向柱两两对角正交布置，即导向柱a、导向柱c对角布置，导向柱b和导向柱d对角布置，且两组对角设置的导向柱连线投影相互垂直；

所述的导向柱a、导向柱c分别穿过冲针连接块，其上端分别与上固定连接块固定，其下端分别与固定底座固定；

所述的导向柱b和导向柱d分别穿过固定底座，其上端分别与冲针连接块固定，其下端分别与下固定连接块固定；

所述的冲针连接块的下表面中心同轴固定设有冲针；

所述的固定底座的上表面中心处同轴固定设有下夹模，下夹模上方设有上夹模，上夹模和下夹模两侧之间的空隙内设有磁铁块。

所述的上夹模中心部分的厚度大于两侧部分的厚度；上夹模的中心设有试样安装沉孔；所述的下夹模中心部分的厚度大于两侧部分的厚度，且中心部分加工有定位槽，所述的定位槽与所述的试样安装沉孔位置对应。

所述的上夹模中心部分为阶梯圆柱形，两侧部分为扇形侧边，中心的阶梯圆柱形在下表面是凸出的，所述的阶梯圆柱形中心沿轴向加工有试样安装沉孔。

所述的试样安装沉孔为圆锥形沉头孔。

所述的下夹模包括底部的圆盘、圆盘中心处同轴加工的圆台、圆台上的两侧设有扇形凸块，所述的圆台中心设有定位槽；所述的阶梯圆柱形下表面与扇形凸块上表面接触，在扇形侧边和圆台的上表面之间形成的两处空隙。

所述的定位槽两侧设有方形缺口。

所述的定位槽底部设有通孔。

所述的磁铁块分为两组，分别设于扇形侧边和圆台的上表面之间的两处空隙中。

所述的下夹模通过螺栓固定于固定底座上。

所述的上固定连接块和下固定连接块的结构相同，其中间为加工有安装孔的固定板面，在固定板面的一端固定安装连接板面，两个连接板面之间同轴设有冲针连接块、固定底座和导向柱。

本实用新型的显著效果如下：

本装置通过机械结构设计，将高精度小样品拉伸试验机的拉力转换为冲针和小球对小样品薄片样品的压力，从而实现了在仅有拉伸功能的高精度小样品力学试验机进行小冲杆测试试验的目的，适用于载荷量程≤2kN的小样品拉伸试验机。

整体的左右导向柱的结构设计保证压力在测试过程中始终垂直作用于待测试样，上夹模与下夹模的结构相互配合定位并夹紧小冲杆测试样品在最佳的测试位置上，上夹模中间的圆锥形沉头孔定位测试所需的小球处在小冲杆测试样品中心位置，使得本夹具测试的运行稳定性提高，测量精度也有所提升。

附图说明

图1为小样品小冲杆测试用夹具整体结构示意图；

图2为小样品小冲杆测试用夹具整体结构前视图；

图3为小样品小冲杆测试用夹具整体结构左视图；

图4为小样品小冲杆测试用夹具整体结构俯视图；

图5a为上夹模结构示意图；

图5b为上夹模剖视图；

图6为下夹模结构示意图；

图7为小冲杆样品示意图；

图中：1.上固定连接块；2.冲针连接块；3.冲针；4.导向柱；5.上夹模；6.磁铁块；7.下夹模；8.固定底座；9.下固定连接块；10.固定板面；11.连接板面；

4-1.导向柱a；4-2.导向柱b；4-3.导向柱c；4-4.导向柱d；

5-1.阶梯圆柱形；5-2.扇形侧边；5-3.圆锥形沉头孔；

6-1.磁铁块a；6-2.磁铁块b；6-3.磁铁块c；6-4.磁铁块d；

7-1.圆盘；7-2.圆台；7-3.扇形凸块；7-4.定位槽。

具体实施方式

下面通过附图及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1～图4所示，上固定连接块1和下固定连接块9均与相应的试验设备相连接，从而将本发明中的夹具固定。

上固定连接块1和下固定连接块9的结构相同，其中间为加工有安装孔的固定板面10，在固定板面10的一端固定安装连接板面11，连接板面11用于安装上固定连接块1和下固定连接块9之间的导向柱4。

上固定连接块1上两个安装孔连接线经过上固定连接块1中心，下固定连接块9上的两个安装孔连接线经过下固定连接块9中心，且两条连接线互相垂直。如图1和图2所示，上固定连接块1上两个安装孔连接线水平方向(表示为X方向，夹具的轴向表示为Y方向)，下固定连接块9上的两个安装孔连接线位于图2中与纸面垂直的方向(表示为Z方向)。

在上固定连接块1和下固定连接块9之间的导向柱4(分为导向柱a4-1、导向柱b4-2、导向柱c4-3、导向柱d4-4)通过冲针连接块2和固定底座8安装。冲针连接块2和固定底座8上均加工四个安装孔，且相对两个安装孔的连接线(一个沿着Z方向，一个沿着X方向)经过中心且互相垂直。

无论冲针连接块2还是固定底座8，沿着X方向的两个安装孔的距离为r1，沿着Y方向的两个安装孔之间的距离为r2。

本实施例中，优选r1和r2相等。

其中，如图1和图2所示，导向柱a4-1、导向柱c4-3分别穿过冲针连接块2上沿着X方向分布的两个安装孔，上端分别固定在上固定连接块1的两个安装孔内，下端分别固定在固定底座8的两个安装孔内，可以通过销轴固定。

如图1和图3所示，导向柱b4-2和导向柱d4-4分别穿过固定底座8沿着Z方向分布的两个安装孔，上端分别固定在冲针连接块2的两个安装孔内，下端分别固定在下固定连接块9的两个安装孔内，可以通过销轴固定。

上述的定位销轴线方向与各个导向柱4的轴线方向垂直。

在冲针连接块2的下表面中心处同轴固定安装冲针3。

在固定底座8的上表面中心处同轴固定安装下夹模7、下夹模7上方安装上夹模5，在上述的上夹模5和下夹模7两侧之间的空隙内安装磁铁块6。

如图5a和图5b所示，上夹模5中心为阶梯圆柱形5-1，两侧为扇形侧边5-2，使得上夹模5从俯视角度看起来像一块具有厚度的蝴蝶结。但是中心的阶梯圆柱形5-1的两侧阶梯的厚度要大于扇形侧边5-2的厚度，即中心的阶梯圆柱形5-1在下表面是凸出的。上述两侧扇形侧边5-2的中心线沿着X方向；

阶梯圆柱形5-1中心沿轴向加工有圆锥形沉头孔5-3用于方便地将小球精准的落在测试样品上；

如图6所示，下夹模7包括底部的圆盘7-1、圆盘中心处同轴加工的圆台7-2、圆台上安装扇形凸块7-3，圆台的外直径小于圆盘的外直径，上述的圆台沿着Z方向的两侧分别一体化加工扇形凸块7-3。圆台中心加工有圆形的定位槽7-4，用于定位样品，该定位槽7-4两侧有方形缺口，便于样品装取，也可以在定位槽7-4底部加工通孔，便于将样品取出。

上述上夹模5中心圆环与下夹模7的圆台直径相等，且扇形侧边5-2和扇形凸块7-3的弧度相等。

由于上夹模5中心的圆环5-1在下表面是凸出的，且下夹模7圆台上的扇形凸块7-3是凸起的，且扇形侧边沿X方向，扇形凸块7-3沿着Z方向，因此安装时阶梯圆柱形5-1下表面与扇形凸块7-3上表面接触，在扇形侧边5-2和圆台7-2的上表面之间形成X方向分布的两处空隙。

上述的磁铁块6包括磁铁块a6-1、磁铁块b6-2、磁铁块c6-3和磁铁块d6-4，图1和图2所示，其中磁铁块a6-1、和b6-2安装同一侧的空隙中，磁铁块c6-3和磁铁块d6-4安装在另一侧空隙中。

导向柱4与冲针连接块2、固定底座8上的导向孔的公差配合优先采用但不仅限于基孔制

的间隙配合，在保证导向功能的基础上，可基本排除摩擦力的干扰。

上夹模5的扇形侧边相当于扶手，便于在测试前后与下夹模7的闭合与分离，将不同尺寸的下夹模7通过螺栓固定于固定底座8之上，可根据不同尺寸对应加工不同尺寸的下夹模7进行快速更换，以此提高小样品小冲杆测试专用夹具装置的通用性。上夹模5具有压紧小冲杆测试样品并定位小球使之处于小冲杆测试样品中心区域的功能，

上固定连接块1、下固定连接块9还兼有固定连接导向柱4的作用；冲针连接块2连接冲针3、导向并固定Z轴方向的导向柱b4-2和导向柱d4-4；上夹模5与下夹模7作用是相互配合定位并夹紧小冲杆测试样品；

下夹模7用于定位小冲杆测试样品(如图7所示)和上夹模5，上夹模5、下夹模7结合面均嵌入强力磁铁，利用强力磁铁的吸力代替传统夹紧螺栓的夹紧力；下夹模7通过螺栓固定于固定底座8之上，同时固定底座8还起到固定导向柱a4-1和导向柱c4-3并具有导向作用。

在力学测试过程中，先将上夹模5移开，将待测样品置于下夹模7的定位槽处，将上夹模5移至下夹模7定位处并夹紧。利用球勺将小球从上夹模5的圆锥形沉头孔处精准落入样品中心区域上方，从而利用本发明的结构设计将小样品拉伸试验机的拉力转化为冲针3与小球一起对试样的向下压力，达到小冲杆测试的实验目的。

本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述具体实施方式仅为示意性，而非限制性，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出多种形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小样品小冲杆测试用夹具，包括分别位于夹具上下端的同轴安装的上固定连接块(1)和下固定连接块(9)，其特征在于：所述的上固定连接块(1)和下固定连接块(9)之间同轴设有冲针连接块(2)、固定底座(8)和导向柱(4)；

所述的导向柱(4)包括竖直方向平行的导向柱a(4-1)、导向柱b(4-2)、导向柱c(4-3)、导向柱d(4-4)；且四个导向柱两两对角正交布置，即导向柱a(4-1)、导向柱c(4-3)对角布置，导向柱b(4-2)和导向柱d(4-4)对角布置，且两组对角设置的导向柱连线投影相互垂直；

所述的导向柱a(4-1)、导向柱c(4-3)分别穿过冲针连接块(2)，其上端分别与上固定连接块(1)固定，其下端分别与固定底座(8)固定；

所述的导向柱b(4-2)和导向柱d(4-4)分别穿过固定底座(8)，其上端分别与冲针连接块(2)固定，其下端分别与下固定连接块(9)固定；

所述的冲针连接块(2)的下表面中心同轴固定设有冲针(3)；

所述的固定底座(8)的上表面中心处同轴固定设有下夹模(7)，下夹模(7)上方设有上夹模(5)，上夹模(5)和下夹模(7)两侧之间的空隙内设有磁铁块(6)。

2.如权利要求1所述的一种小样品小冲杆测试用夹具，其特征在于：所述的上夹模(5)中心部分的厚度大于两侧部分的厚度；上夹模(5)的中心设有试样安装沉孔；所述的下夹模(7)中心部分的厚度大于两侧部分的厚度，且中心部分加工有定位槽(7-4)，所述的定位槽(7-4)与所述的试样安装沉孔位置对应。

3.如权利要求2所述的一种小样品小冲杆测试用夹具，其特征在于：所述的上夹模(5)中心部分为阶梯圆柱形(5-1)，两侧部分为扇形侧边(5-2)，中心的阶梯圆柱形(5-1)在下表面是凸出的，所述的阶梯圆柱形(5-1)中心沿轴向加工有试样安装沉孔。

4.如权利要求3所述的一种小样品小冲杆测试用夹具，其特征在于：所述的试样安装沉孔为圆锥形沉头孔(5-3)。

5.如权利要求3所述的一种小样品小冲杆测试用夹具，其特征在于：所述的下夹模(7)包括底部的圆盘(7-1)、圆盘(7-1)中心处同轴加工的圆台(7-2)、圆台上的两侧设有扇形凸块(7-3)，所述的圆台(7-2)中心设有定位槽(7-4)；所述的阶梯圆柱形(5-1)下表面与扇形凸块(7-3)上表面接触，在扇形侧边(5-2)和圆台(7-2)的上表面之间形成的两处空隙。

6.如权利要求5所述的一种小样品小冲杆测试用夹具，其特征在于：所述的定位槽(7-4)两侧设有方形缺口。

7.如权利要求5所述的一种小样品小冲杆测试用夹具，其特征在于：所述的定位槽(7-4)底部设有通孔。

8.如权利要求5所述的一种小样品小冲杆测试用夹具，其特征在于：所述的磁铁块(6)分为两组，分别设于扇形侧边(5-2)和圆台(7-2)的上表面之间的两处空隙中。

9.如权利要求1所述的一种小样品小冲杆测试用夹具，其特征在于：所述的下夹模(7)通过螺栓固定于固定底座(8)上。

10.如权利要求1所述的一种小样品小冲杆测试用夹具，其特征在于：所述的上固定连接块(1)和下固定连接块(9)的结构相同，其中间为加工有安装孔的固定板面(10)，在固定板面(10)的一端固定安装连接板面(11)，两个连接板面(11)之间同轴设有冲针连接块(2)、固定底座和导向柱(4)。

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