CN109142104B - 一种数字化材料表面冲击强化实验测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料表面冲击强化实验设备技术领域，具体涉及一种数字化材料表面冲击强化实验测试装置，包括机架和摆动梁，摆动梁中部与机架铰接，摆动梁的一端设有冲击组件及传感器，另一端设有磁体和弹簧，弹簧的两端分别与机架和摆动梁联接，机架上设有与磁铁配合的电磁铁，电磁铁与磁体相对设置并存在间隔，通过电磁铁与磁体吸合可以带动摆动梁转动，并使弹簧产生形变。本发明较以往材料冲击强化设备具有整体外形精小，方便对实验室级试件材料进行细致处理，同时具有针对冲击载荷及加载频率的多级调节方式，还可以实现同步观测记录工作参数的变化情况，保证了在载荷冲击强化实验的高效作业。

Description

一种数字化材料表面冲击强化实验测试装置

技术领域

本发明涉及材料表面冲击强化实验设备技术领域，具体涉及一种数字化材料表面冲击强化实验测试装置。

背景技术

近些年来随着工程技术的发展，对材料的性能提出了新的要求，要求材料除了需要具有一定的刚度和强度，同时还需要通过合理的加工工艺及其处理方法来改善材料及其加工部件的耐磨性和耐疲劳性，使得加工出来的零件心部仍然具有良好的韧性和强度，对冲击载荷有良好的抵抗作用。

材料表面冲击强化处理过程较为复杂，其工艺过程直接影响材料近表面产生的残余压应力及其应力场在材料表面分布的状态。因此需要通过实验研究***表征材料性能提升的加工工艺方法及其工艺参数要求，使材料具有需求的组织结构，进而提高材料表面硬度、屈服强度及疲劳寿命，材料的性能获得较大的改善。

对材料表面冲击强化处理过程的研究主要通过实验方法来实现，通过对试验材料采用不同工艺参数的处理，以研究材料的亚结构组织的变化特征以及材料的物理特性。为此相应的试验设备应运而生，如专利申请号为CN200810242905.4的发明专利公开了一种多功能柔性复合材料冲击试验装置；专利申请号为CN201711396710.0的发明专利公开了一种数字化疲劳冲击试验仪器及试验方法。

以往材料冲击强化设备整体外形较大，很难针对实验室级试件材料进行细致处理，同时针对冲击载荷及加载频率的调节也存在一定不足。如图6所示，目前材料表面冲击强化实验载荷加载设备一般均是由重力冲击***和监测***组成，试件的加载主要通过依靠重力惯性冲击的移动部件来完成，由于加载***需要势能高度较大，因此加载频率也较低，不能满足冲击力灵活变化，高加载频率的要求。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的缺点，本发明提供一种可变载荷冲击强化实验加载设备，该加载设备可根据预设参数调整所需冲击载荷的大小及其加载频率。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种数字化材料表面冲击强化实验测试装置，包括机架和摆动梁，所述摆动梁中部与机架铰接，所述摆动梁的一端设有冲击组件，另一端设有磁体和弹簧，弹簧的两端分别与机架和摆动梁联接，所述机架上设有与磁铁配合的电磁铁，所述电磁铁与磁体相对设置并存在间隔，通过电磁铁与磁体吸合可以带动摆动梁转动，并使弹簧产生形变。

优选地，所述摆动梁设有冲击组件的一端联接有配重件，所述配重件与摆动梁可拆卸联接。

优选地，所述机架滑动联接有铰销，摆动梁中部通过该铰销与机架铰接，摆动梁中部设有与铰销配合的滑槽，铰销位于该滑槽内。

优选地，所述电磁铁连接有控制装置，通过控制装置可以控制电磁铁的磁力。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

设备结构简单，构件布局紧凑，制造成本低；测试***由结构框架与具有独立功能的设备组合安装调试而成，这大大提高了测试***的运输和安装的方便性；本测试***还具有激励载荷大小和加载频率可调控制方式，能适应不同类型的实验加载需求，并保证对冲击载荷多种强度的高精度调节控制；另测试***在功能控制，信号的发生及测试数据的采样及存储过程中均有数字化的特点，方便对测试过程进行采样记录并进行监控，使得本设备在生产运行中可以实现比较高的精度要求。解决了现有材料表面冲击强化实验设备体积过大，结构复杂，调控能力弱的问题，实现了生产运行人员对功能更加强大的数字化材料表面冲击强化实验测试***的需求。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明的控制逻辑结构图；

图3是本发明的结构示意图；

图4是本发明铰销的结构示意图；

图5是本发明铰接块的结构示意图

图6是现有技术的结构图；

其中：1为螺母，2为配重件，3为铰接块，4为通孔，5为传感器，6为夹具，7为冲击头，8为试件，9为机架，10为铰销，11为摆动梁，12为电磁铁基座，13为线圈，14为电磁铁，15为磁体，16为弹簧，17为滑槽，18为控制***线路，19为伺服电机，20为减速器，21为卷筒，22为钢丝，23为配重，24为冲击头，25为导轨，26为试件，27为夹具，28为基础，29为控制***。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案、和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图和实施例，对本发明实施例中的技术方案进行更清楚地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和2所示，一种数字化材料表面冲击强化实验测试装置包括机架9和摆动梁11，摆动梁11中部与机架9铰接，摆动梁11的一端设有冲击组件，另一端设有磁体15和弹簧16，弹簧16的两端分别与机架9和摆动梁11联接，机架9上设有与磁体15配合的电磁铁14，电磁铁14与磁体15相对设置并存在间隔，通过电磁铁14与磁体15吸合可以带动摆动梁11转动，并使弹簧16产生形变。电磁铁14采用现有中的结构即可，具体包括电磁铁基座12、线圈13和衔铁组成。电磁铁基座12与机架9联接。

具体的：设备工作时，电磁铁14（通电）与磁体15之间通过吸合作用，使得摆动梁11的右端向上运动，弹簧16（拉簧）被拉伸，弹性势能增大，相应的，摆动梁11的左端向下运动，并带动冲击组件向下作业。

摆动梁11设有冲击组件的一端联接有配重件2，配重件2与摆动梁11可拆卸联接。通过改变配重件2的配重，可以改变摆动梁11左端的重量大小，直接影响了冲击组件冲击作业的强度。

如图3、4、5所示，机架9滑动联接有铰销10，摆动梁11中部通过该铰销10与机架9铰接，摆动梁11中部设有与铰销10配合的滑槽17，铰销10位于该滑槽17内。当铰销10在滑槽17内左右滑动时，会导致摆动梁11左右两端的长度比例发生变化，根据杠杆原理可知，会对摆动梁11左端冲击组件的作业强度产生相应的改变。

铰销10可以采用多种结构实现其与机架9的滑动联接，如：可在机架9上设置滑轨，铰销10上设有与该滑轨配合（滑动联接）的滑块。为了避免在调整后，滑块发生移动，可以设置紧固螺钉进行固定，紧固螺钉穿过滑轨与滑块联接（抵住），滑轨上相应的设有若干螺纹通孔。

进一步，滑槽17滑动联接有铰接块3，铰接块3上设有与铰销10配合的通孔4，滑槽17处也设有锁紧螺钉，锁紧螺钉可以穿过滑槽17与铰接块3相抵，限制其移动，滑槽上也设有相应的若干螺纹孔。当铰销10相对于机架9位置调节后，铰接块3与滑槽17的位置也相应调整。

电磁铁14连接有控制装置，控制装置采用现有技术中的结构即可。通过控制装置可以控制电磁铁14的磁力。当信号放大器工作时，可以通过改变电流的大小、方向对电磁铁14的磁场强度、磁极方向产生改变，进而实现控制磁体15的吸合速度及方向。使得本测试***具有多种激励载荷大小和加载频率控制方式，能适应不同类型的实验加载需求，并保证对冲击载荷多种强度的高精度调节控制。

冲击组件采用现有技术中的结构即可，其由夹具6和冲击头7组成，夹具6与冲击头7联接。夹具6可以采用螺纹、锁紧锥套或焊接等方式与摆动梁11联接。

本测试***主要工作过程：线圈13在信号发生器和信号放大器共同作用下，其内部产生工作电流，使电磁铁14具有一定强度的磁性，克服弹簧16的的拉力，吸引永磁体15，使摆动梁11右侧向上运动，通摆动梁的力学放大作用，在摆动梁11的左端在与配重件2共同作用下下降，形成冲击载荷。

摆动梁11左端下部作用于夹具6传递到冲击头7加载于试件8。试验测试***工作过程中传感器5（设置在冲击组件上）用于测试和监控加载部件所产生的冲击载荷的大小和频率，测试者可通过调整信号放大器对冲击载荷进行调整，同时也可通过调整摆动梁11中间的冲击力放大铰销10以及左端上部的配重件2实现冲击质量的调整。

传感器9采用现有中的元件即可，具体设置根据本方案进行相应的调整即可，且该调整对于本领域的技术人员而言是显而易见的，故在此简要说明，其可采用压电式力传感器，通过数据采集卡来采集信号以表征冲击力的大小和频率信息，同时可通过建立的监测操作窗口实现数据信息的记录和处理。

本发明中的试件8也可换为具有一定尺寸要求的标准试件，此时，可以通过冲击载荷部件形成的冲击载荷来研究被测材料的冲击疲劳特性，同时也可对加载载荷以及加载频率进行调整设定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种数字化材料表面冲击强化实验测试装置，其特征在于：包括机架（9）和摆动梁（11），所述摆动梁（11）中部与机架（9）铰接，所述摆动梁（11）的一端设有冲击组件，另一端设有磁体（15）和弹簧（16），弹簧（16）的两端分别与机架（9）和摆动梁（11）联接，所述机架（9）上设有与磁铁配合的电磁铁（14），所述电磁铁（14）与磁体（15）相对设置并存在间隔，通过电磁铁（14）与磁体（15）吸合可以带动摆动梁（11）转动，并使弹簧（16）产生形变；

所述摆动梁（11）设有冲击组件的一端联接有配重件（2），所述配重件（2）与摆动梁（11）可拆卸联接；

所述机架（9）滑动联接有铰销（10），摆动梁（11）中部通过该铰销（10）与机架（9）铰接，摆动梁（11）中部设有与铰销（10）配合的滑槽（17），铰销（10）位于该滑槽（17）内。

2.根据权利要求1所述的一种数字化材料表面冲击强化实验测试装置，其特征在于：所述电磁铁（14）连接有控制装置，通过控制装置可以控制电磁铁（14）的磁力。