CN106092736A - 一种金属板状试样高温高周疲劳试验夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属板状试样高温高周疲劳试验夹具，由夹头、夹头撑杆、紧固环、备紧环、底座组成，夹头上有夹头卡槽与夹头撑杆上内凹弧面的卡榫配合装夹，紧固环安装在夹头撑杆上端部，夹头撑杆与底座连接并通过备紧环锁紧。夹头撑杆上有扩张扳口，通过扩张扳口将试件放入夹头中心处对中，在紧固环螺孔与螺栓的螺纹上涂抹高温润滑油并用扳手紧固。底座中有贯穿的出水口与水循环冷却***连接，既能保证良好冷却效果，又能节约制造水冷套的成本。夹具结构简单，夹持方法操作便捷，能保证板状试样在最高1100℃高温环境、最高600MPa轴向载荷、90Hz‑110Hz频率范围的试验条件下进行的轴向疲劳试验，具有良好的可靠性和装夹夹持性能。

Description

一种金属板状试样高温高周疲劳试验夹具
技术领域
本发明涉及用于材料试验的高温高周疲劳试验夹持装置，具体地说,涉及一种金属板状试样高温高周疲劳试验夹具。
背景技术
现有公开的文献，“DZ468合金高周疲劳性能研究”(《金属学报》，2010，第6期，708-714页)与“DD98M镍基单晶高温合金900℃高周疲劳行为”(《金属学报，2012，第2期，170-175页》)中介绍了测试金属高温高周疲劳性能的试验方法，即使用棒状试件连接在PLG-100型高频疲劳试验机上。文献中所述试验方法为传统棒状试样进行疲劳试验时所采用的方式，有关棒状试样的疲劳试验技术目前已经成熟。但是棒状试样的缺点在于，由于形状限制，无法模拟某些特殊结构件，且棒状试样对于原始铸锭尺寸较小的金属材料而言会造成材料的浪费。
发明专利201410100602.4中提出一种用于平板试样疲劳试验的夹具，其主要原理是通过楔形块的夹持固定试样从而进行疲劳试验，该夹具虽然可以应用于板状试样的夹持，但夹持效果有限，当温度上升至600℃左右时，由于高温下金属蠕变导致的应力松弛，夹具与试件在超过200MPa的载荷、90Hz-110Hz的高频振荡环境中即会松脱导致夹持失效，无法满足试验要求。
现代航空发动机、燃气轮机内重要结构部件在高温服役环境中往往还要承受恒定的离心力和热燃气喷射而产生的高频振动力。高温高周疲劳试验对于模拟高温合金材料在复杂应力状态下交变载荷与高频振动力对金属性能影响、研究高温合金构件极限疲劳寿命起到重要作用。目前高周疲劳试验设备的振动频率为60Hz-180Hz,试验通常使用带有螺纹的光滑圆棒试样，而对于板状试样的高频试验尚处于空白状态。
为了实现板状试验件900℃以上高温、90Hz-110Hz频率、300MPa以上高载荷条件下的高周疲劳试验，需要一种操作方便、实用可靠的新型夹具连接试验机与试验件。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种金属板状试样高温高周疲劳试验夹具；该夹具设计有冷却水循环冷却***，能保证在最高1100℃高温环境、最高600MPa轴向载荷、90Hz-110Hz频率范围的试验条件下，具有良好的可靠性和装夹夹持性能，有效地避免了因夹具性能问题而给疲劳试验带来的数据偏差。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括夹具体、水冷底座，夹具体安装在水冷底座上面，水冷底座固定在试验机上；所述夹具体包括夹头、夹头撑杆、紧固环、紧固螺栓，所述夹头一侧凸弧面上均布有多个夹头卡槽，夹头另一侧面为锯齿状，所述夹头撑杆为圆柱体结构，夹头撑杆上端部加工有内凹弧面,两内凹弧面对称分布有多个卡榫，卡榫与夹头卡槽配合装夹，夹头撑杆上有扩张扳口，扩张扳口位于夹头撑杆上内凹弧面的下方，夹头撑杆下端部有夹头撑杆外螺纹，所述紧固环安装在夹头撑杆上端部，紧固环两侧面中心有对称的螺孔，紧固螺栓与螺孔配合顶紧夹头撑杆上端部；
所述水冷底座包括备紧环、底座，底座上端部有底座内螺纹，底座下端部有底座外螺纹，底座中有贯穿的出水口，夹头撑杆下端部与底座上端部螺纹连接,并通过备紧环锁紧，底座下端部与试验机螺纹连接,底座的出水口与水循环冷却***连接。
所述夹头上的夹头卡槽与所述夹头撑杆上的卡榫数量相同。
夹头、紧固环、夹头撑杆采用镍基高温合金材料。
有益效果
本发明提出的一种金属板状试样高温高周疲劳试验夹具，由夹头、夹头撑杆、紧固环、备紧环、底座组成，夹头上有夹头卡槽与夹头撑杆上内凹弧面的卡榫配合装夹，紧固环安装在夹头撑杆上端部，夹头撑杆与底座连接并通过备紧环锁紧。夹头撑杆上有扩张扳口，通过扩张扳口将试件放入夹头中间处对中，在紧固环螺孔与螺栓的螺纹上涂抹高温润滑油并用扳手紧固。底座中有贯穿的出水口与水循环冷却***连接，既能保证良好冷却效果，又能节约制造水冷套的成本。夹具结构简单,夹持方法操作便捷,能保证板状试样在最高1100℃高温环境、最高600MPa轴向载荷、90Hz-110Hz频率范围的试验条件下进行的轴向疲劳试验，具有良好的可靠性和装夹夹持性能。
与现有技术相比:
本发明的夹头一面加工成锯齿状，保证装夹夹持效果。夹头按厚度分为不同的种类，可根据试件厚度不同使用不同的夹头。夹头保持有一定厚度,以防止在装夹加紧时夹头撑杆弯曲形变过大。夹头撑杆与底座螺纹连接并同时连接备紧环，以保证可进行高周疲劳试验。
本发明可满足板状试样件在温度范围为20℃-1100℃，频率90Hz-110Hz条件下进行的轴向疲劳试验，在试验状态下能够保持较好的夹持能力，有效地避免了因夹具性能问题而给疲劳试验带来的偏差。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种金属板状试样高温高周疲劳试验夹具作进一步详细说明。
图1为本发明金属板状试样高温高周疲劳试验夹具轴测图。
图2为本发明金属板状试样高温高周疲劳试验夹具结构示意图。
图3为本发明夹具的夹头示意图。
图4为本发明夹具的夹头撑杆示意图。
图5为本发明夹具的紧固环左视图。
图6为本发明夹具的紧固环示意图。
图7为本发明夹具的紧固螺栓示意图。
图8为本发明夹具的底座示意图。
图9为本发明夹具的备紧环示意图。
图中:
1.夹头 2.夹头卡槽 3.卡榫 4.夹头撑杆 5.扩张扳口 6.夹头撑杆外螺纹 7.紧固环 8.螺孔 9.紧固螺栓 10.备紧环 11.底座 12.底座内螺纹 13.出水口 14.底座外螺纹
具体实施方式
本实施例是一种金属板状试样高温高周疲劳试验夹具。
参阅图1～图9，本实施例金属板状试样高温高周疲劳试验夹具，由夹具体、水冷底座组成，夹具体安装在水冷底座上面,水冷底座固定安装在于试验机上。其中，夹具体包括夹头1、夹头卡槽2、卡榫3、夹头撑杆4、扩张扳口5、夹头撑杆外螺纹6、紧固环7、螺孔8、紧固螺栓9，夹头1一侧弧面上加工有多个夹头卡槽2，夹头1另一侧面为锯齿状,夹头1根据厚度不同分为几对，用于不同厚度的试件。夹头撑杆4上端部加工有内凹弧面,两相对的内凹弧面对称等间距分布有多个卡榫3，夹头上的夹头卡槽与夹头撑杆上的卡榫数量相同，卡榫3与夹头卡槽2配合装夹，安装夹头1时将卡榫卡入夹头卡槽2中。夹头撑杆4上有扩张扳口5，扩张扳口5位于夹头撑杆上内凹弧面下方,安装夹头1和试件时扩张夹头撑杆上端部。夹头撑杆下端部有夹头撑杆外螺纹6，紧固环7安装在夹头撑杆4上端部，紧固环7两侧面上加工有对称的螺孔8，紧固螺栓9与螺孔8配合安装,通过紧固螺栓9将夹头撑杆4上部与夹头顶紧。
水冷底座包括备紧环10、底座11、底座内螺纹12、出水口13、底座外螺纹14，底座11中有贯穿的出水口13与水循环冷却***连接；底座11上部加工有底座内螺纹12与夹头撑杆下端部外螺纹6配合连接，并通过备紧环10锁紧。底座下部有底座外螺纹14与试验机连接。
本实施例装配过程
夹头撑杆4与底座11通过螺纹配合连接，并通过备紧环10锁紧；
将夹头1分别安装在夹头撑杆4上端部，夹头卡槽2与卡榫3配合安装；
夹头撑杆上加工有扩张扳口，安装夹头和试件时扩张夹头撑杆上端部；
紧固环7安装在夹头撑杆4上端部，通过紧固螺栓9将夹头撑杆4上部与夹头顶紧；
最后将底座11安装在试验机上,并将出水口13与水循环冷却***连接，完成装配。
本实施例金属板状试样高温高周疲劳试验夹具使用时，通过夹头撑杆上的扩张扳口5扩张将试件放入夹头中间处对中；在紧固环的螺孔8与紧固螺栓9的螺纹上涂抹耐高温润滑油，并用扳手将紧固环7上的紧固螺栓9旋紧，即可进行试验。
本实施例中,为防止高温蠕变导致夹具的应力松弛，其中，夹头1、紧固环7、夹头撑杆4采用镍基高温合金加工制成。保证板状试样件在最高1100℃高温环境、最高600MPa轴向载荷、90Hz-110Hz频率范围的试验条件下进行的轴向疲劳试验，具有良好的可靠性和装夹夹持性能。

Claims (3)

1.一种金属板状试样高温高周疲劳试验夹具，其特征在于:包括夹具体、水冷底座，夹具体安装在水冷底座上面，水冷底座固定在试验机上；所述夹具体包括夹头、夹头撑杆、紧固环、紧固螺栓，所述夹头一侧凸弧面上均布有多个夹头卡槽，夹头另一侧面为锯齿状，所述夹头撑杆为圆柱体结构，夹头撑杆上端部加工有内凹弧面,两内凹弧面对称分布有多个卡榫，卡榫与夹头卡槽配合装夹，夹头撑杆上有扩张扳口，扩张扳口位于夹头撑杆上内凹弧面的下方，夹头撑杆下端部有夹头撑杆外螺纹，所述紧固环安装在夹头撑杆上端部，紧固环两侧面中心有对称的螺孔，紧固螺栓与螺孔配合顶紧夹头撑杆上端部；
所述水冷底座包括备紧环、底座，底座上端部有底座内螺纹，底座下端部有底座外螺纹，底座中有贯穿的出水口，夹头撑杆下端部与底座上端部螺纹连接,并通过备紧环锁紧，底座下端部与试验机螺纹连接,底座的出水口与水循环冷却***连接。
2.根据权利要求1所述的金属板状试样高温高周疲劳试验夹具，其特征在于:所述夹头上的夹头卡槽与所述夹头撑杆上的卡榫数量相同。
3.根据权利要求1所述的金属板状试样高温高周疲劳试验夹具，其特征在于:夹头、紧固环、夹头撑杆采用镍基高温合金材料。
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