CN201965058U

CN201965058U - 小型试样拉伸试验用牵引夹持机构

Info

Publication number: CN201965058U
Application number: CN2011200760482U
Authority: CN
Inventors: 张梅; 韩坤; 李清山; 曾伟明; 符仁钰; 李麟
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2021-03-22

Abstract

本实用新型公开了一种小型试样拉伸试验用牵引夹持机构，包括夹具钳和安装于夹具钳的钳口内的辅助夹块，辅助夹块上设有楔形槽，楔形槽开口处的侧壁面与试样的两端部的侧面相配合，试样两端部具有形状和尺寸均相同的燕尾形端头，每个燕尾形端头的两个侧面均为相互对称的圆弧凹面，楔形槽的开口内壁上具有与燕尾形端头侧面的圆弧凹面接触配合的圆弧凸面。本装置适用于GLEEBLE热模拟试验机的拉伸试验，可减少材料拉伸试验中试样夹持部分产生应力集中对实验数据的影响，能对强度较高的钢板进行小尺寸试样拉伸试验，并能保证试样拉伸过程中不会由于夹具和试样的加工形状而影响实验结果的准确性，特别适用于强度较高、尺寸较小的钢板试样的拉伸试验。

Description

小型试样拉伸试验用牵引夹持机构

技术领域

本实用新型涉及一种试样拉伸试验装置，特别是一种小型试样拉伸试验用牵引夹持机构，属于材料力学试验装置技术领域。

背景技术

拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法，是测定衡量材料性能主要的方式之一，是开发和利用新材料的重要工具。利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标，从高温下进行的拉伸试验还可以得到蠕变数据。

对于通用的金属拉伸实验，根据斜面锁紧原理，一般采用斜面夹紧结构的夹具，即随着试验力的增加，夹紧力随之增加。对于楔形夹具，试样表面与夹具之间摩擦力作为夹紧力，初始夹紧力小，随着试验力增加，夹紧力逐渐随之增加。

随着材料科学技术的发展，新材料及新的实验手段的出现，给材料力学性能的测试带来了新的挑战及机遇。目前，材料的成分各种各样，形状大小不一，试样所能承受的试验力小到几十厘牛，如纺织用氨纶丝；大到几十吨的，如普碳钢钢材等国内最大的电子式万能试验机试验力为1000KN，试样尺寸小到直径φ0.005mm的金丝，大到直径1.5m的PVC管材等，这就要求根据不同的试验力、试样的形状大小选择设计不同的夹具。

物理模拟实验技术利用小的实验模型，模拟实际工况下服役的研究手段得到广泛应用，这种技术不但节省了实验成本，同时也缩短了实验周期。因此，开发相应的力学检测工具与物理模拟实验相配套，对研究开发新材料具有十分重要的意义。现有的针对热模拟实验机拉伸试验用的装置采用的辅助牵引夹持机构一般包括夹具本体和安装于夹具本体的槽口内的夹块，在夹块上设有可夹紧试样的两端部的槽口。如，实用新型专利ZL200620011533.0公开了一种楔形杠杆式拉伸夹具，包括钳口和夹具体，其钳口为楔形，夹具体上有楔形槽，钳口处在夹具体的楔形槽内，钳口上有两条分别与钳口两侧面斜度相同的滑道，夹具体上固定有能在钳口的滑道内滑动的导向销。该楔形杠杆式拉伸夹具使用了楔形钳口和夹具体，在试样受力拉伸时有自锁紧作用，保证了试样的夹持可靠性；有效的克服了普通附具在应用过程于非金属小试样拉伸试验中的夹持可靠性问题、夹持方便性问题、夹持快捷性问题、试样破坏性问题。现有试样拉伸试验用牵引夹持机构虽然可以较好地解决夹持试样的可靠性和稳定性问题，但在材料拉伸过程中仍然容易产生应力集中问题，导致材料拉伸实验的一级实验数据必须经过复杂的数据修正后才能使用，这已经直接影响实验结果的准确性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是减少材料拉伸试验中试样夹持部分产生应力集中对实验数据的影响，确保了试样在平行段正常断裂，提高材料拉伸实验结果的准确性，提供一种能满足小型试样拉伸试验用牵引夹持机构，以便更好地辅助高精度位移传感器和力传感器的Gleeble-3500物理模拟***进行材料拉伸力学实验，简化试样拉伸试验用牵引夹持机构的构造，方便加工制造和使用。

为解决以上技术问题，本实用新型采取的技术方案如下：

一种小型试样拉伸试验用牵引夹持机构，包括夹具钳和安装于夹具钳的钳口内的辅助夹块，辅助夹块上设有楔形槽，楔形槽开口处的侧壁面与试样的两端部的侧面相配合，试样两端部具有形状和尺寸均相同的燕尾形端头，每个燕尾形端头的两个侧面均为相互对称的圆弧凹面，楔形槽的开口内壁上具有与燕尾形端头侧面的圆弧凹面接触配合的圆弧凸面。

作为本实用新型的另外一种技术方案，在上述的辅助夹块和夹具钳的钳口内壁之间增设一个过渡夹套，过渡夹套的外侧壁与夹具钳的钳口内壁直接紧密接触，过渡夹套的内侧壁与辅助夹块的外壁直接紧密接触。

作为本实用新型的又一种技术方案，在上述的辅助夹块和夹具钳的钳口内壁之间还可增设两块自由夹块，两个自由夹块的外壁分别与夹具钳的钳口内壁直接紧密接触，两个自由夹块还各有一个侧壁与辅助夹块的外壁直接紧密接触。

作为本实用新型的技术方案的一种改进，上述的燕尾形端头的两端面为平面，楔形槽的底部也为平面，燕尾形端头与楔形槽紧密嵌合。

作为本实用新型的技术方案的又一种改进，上述的燕尾形端头的两端面为圆弧面，楔形槽的底部也为与燕尾形端头的端面接触配合的圆弧面，燕尾形端头与楔形槽紧密嵌合。

本实用新型的上述的每个燕尾形端头的侧面与楔形槽的开口内壁的接触面积最好为试样的最大横截面积的两倍以上。

本实用新型与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点：

1. 本实用新型针对抗拉强度较高的高强钢材和试样尺寸较小的试样的拉伸试验效果很好，用圆弧凹槽减少试样夹持部分产生应力集中对试验结果的影响显著提高了材料拉伸试验的实验结果的准确性，适用于多种试样材料的力学试验。

2. 对进行了轧制、热处理或强化过程后的材料可进行小尺度材料力学拉伸试验，本实用新型的装置可辅助多种材料力学试验机进行实验。

3. 结构简单，易于制造和安装，操作灵活，使用方便。

附图说明

图1是本实用新型第一个实施例的小型试样结构图。

图2是本实用新型第一个实施例的牵引夹持机构单元结构图。

图3是本实用新型第一个实施例的试样安装和拉伸状态示意图。

图4是本实用新型第二个实施例的试样安装和拉伸状态示意图。

图5是本实用新型第三个实施例的试样安装和拉伸状态示意图。

图6是本实用新型第四个实施例的试样结构图。

图7是本实用新型第四个实施例的试样安装和拉伸状态示意图。

图8是本实用新型第五个实施例的试样结构图。

图9是本实用新型第五个实施例的试样安装和拉伸状态示意图。

图10是本实用新型第五个实施例的实验结果与常规实验值的比较图。

具体实施方式

本实用新型的优选实施例结合附图说明如下：

实施例一：

参见图1～图3，一种试样拉伸试验用牵引夹持机构，包括夹具钳1和安装于夹具钳1的钳口内的辅助夹块4，辅助夹块4上设有楔形槽3，楔形槽3开口处的侧壁面与试样2的两端部的侧面相配合，试样2两端部具有形状和尺寸均相同的燕尾形端头6，每个燕尾形端头6的两个侧面均为相互对称的圆弧凹面，楔形槽3的开口内壁上具有与燕尾形端头6侧面的圆弧凹面接触配合的圆弧凸面。本实用新型的辅助夹块4可采用不锈钢材料，保证夹具的强度和与试样表面接触的摩擦力。每个燕尾形端头6的侧面与楔形槽3的开口内壁的接触面为圆弧面，用圆弧面牵引夹持试样2，有效避免了在试样夹持部分产生应力集中，确保了试样在平行段正常断裂，减少在试样拉伸过程中因局部应力集中给实验结果的准确性带来的不良影响。采用自锁紧的楔形夹具，在试样拉伸试验中，能保证试样拉伸过程中不会由于夹具以及试样的加工形状而影响实验结果的准确性，从而可以适用于强度较高、尺寸较小的试样的拉伸试验，为研究轧制或强化实验后材料的拉伸力学性能提供了可能。本小型试样拉伸试验用牵引夹持机构适用于GLEEBLE热模拟试验机的拉伸试验，它能对强度较高的钢板进行小尺寸试样进行拉伸试验，可以对长度为10～15mm的小试样进行材料拉伸试验，并能保证实验结果的准确性。

实施例二：

参见图4，本实施例与实施例一的技术方案基本相同，不同之处在于：

在辅助夹块4和夹具钳1的钳口内壁之间增设一个过渡夹套5，过渡夹套5的外侧壁与夹具钳1的钳口内壁直接紧密接触，过渡夹套5的内侧壁与辅助夹块4的外壁直接紧密接触。本实用新型针对抗拉强度较高或经过强化的材料的试样采用了一种辅助的牵引拉伸夹具，本实施例中增设了过渡夹套5，使夹具组合形成多级梯形伸缩结构，可以提高材料拉伸试验机对多尺度试样的实验适应能力。

实施例三：

参见图5，本实施例与实施例二的技术方案基本相同，不同之处在于：

在辅助夹块4和夹具钳1的钳口内壁之间增设两块自由夹块7，两个自由夹块7的外壁分别与夹具钳1的钳口内壁直接紧密接触，两个自由夹块7还各有一个侧壁与辅助夹块4的外壁直接紧密接触。本实施例中增设了自由夹块7，使夹具组合形成多级梯形伸缩结构，可以提高材料拉伸试验机对多尺度试样的实验适应能力。同时采用自由夹块7的多级梯形伸缩结构夹具具有安装方便，操作灵活度高，适应性强等特点。

实施例四：

参见图6和图7，本实施例与上述实施例的技术方案基本相同，不同之处在于：

燕尾形端头6的两端面为平面，楔形槽3的底部也为平面，燕尾形端头6与楔形槽3紧密嵌合，它们之间不留空隙。采用完全接触的紧密嵌合接触式的牵引夹持机构使材料拉伸过程中更加稳定。

实施例五：

参见图8～图10，本实施例与实施例四的技术方案基本相同，不同之处在于：

燕尾形端头6的两端面为圆弧面，楔形槽3的底部也为与燕尾形端头6的端面接触配合的圆弧面，燕尾形端头6与楔形槽3紧密嵌合，它们之间不留空隙。采用完全接触的紧密嵌合接触式的牵引夹持机构使材料拉伸过程中更加稳定，同时，由于本实例中燕尾形端头6的端面与楔形槽3底面的圆弧接触面，使减少试样拉伸过程中局部应力集中的效果更加明显，实验结果的准确性更高。

在实施例五中，由于试样依靠弧形面的夹紧力产生锁紧力，因此在横向有一定的位移，另外由于试样很小，断裂变形区占了塑形变形区的主要部分，因此测量的延伸率要高于标准样的拉伸结果。与标准拉伸实验相比，出现这种偏差的原因主要在于两者的标距不同。为此，根据实验方法的原理，利用标准实验和设计夹具实验回归比较的方法，修正了工程应变的计算公式：

Figure 2011200760482100002DEST_PATH_IMAGE002

Figure 2011200760482100002DEST_PATH_IMAGE004

其中

Figure 2011200760482100002DEST_PATH_IMAGE006

、

、

为已知延伸率材料在设计的拉伸实验夹具测得的位移值，

为从标准试样及试验机得到的延伸率。

为修正的标距。

将试样切成指定尺寸，并保证试样与夹具的接触面积为试样截面积的两倍以上，保障必要的夹持力，将自由夹块7安装到辅助夹块4和夹具钳1之间，然后将试样安装进辅助夹块4的楔形槽3中，试样安装后的状态图为如图9所示，夹具钳1之间的两块自由夹块7之间形成楔形槽口，辅助夹块4与两块自由夹块7组成楔形结构，在拉伸过程中可以产生很大的夹紧力，以满足抗拉强度较高试样的拉伸实验要求。辅助夹块4又以嵌套的形式装卡在Gleeble-3500试验机的夹具钳1的钳口内。在试验机上可执行0.025mm/s的拉伸速率，通过数据采集***采集位移及力学数据。按照上述工程应力的计算公式及修正的延伸率计算公式得到实验结果，通过本实用新型的拉伸实验方法与采用万能拉伸机的实验的结果进行对比，拉伸实验的数据的应力应变曲线对比情况如图10所示。

上面结合附图对本实用新型实施例进行了比较详细的说明，但本实用新型不限于上述实施例，还可以根据本实用新型发明创造的目的做出多种变化，如试样的端头和楔形槽还可以有其他形状和构造，只要是符合本试样拉伸试验用牵引夹持机构的技术方案构思所作的任何组合、增加、修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种小型试样拉伸试验用牵引夹持机构，包括夹具钳（1）和安装于所述夹具钳（1）的钳口内的辅助夹块（4），所述辅助夹块（4）上设有楔形槽（3），所述楔形槽（3）开口处的侧壁面与试样（2）的两端部的侧面相配合，其特征在于：所述试样（2）两端部具有形状和尺寸均相同的燕尾形端头（6），每个所述燕尾形端头（6）的两个侧面均为相互对称的圆弧凹面，所述楔形槽（3）的开口内壁上具有与所述燕尾形端头（6）侧面的圆弧凹面接触配合的圆弧凸面。

2.根据权利要求1所述的小型试样拉伸试验用牵引夹持机构，其特征在于：在所述辅助夹块（4）和所述夹具钳（1）的钳口内壁之间增设一个过渡夹套（5），所述过渡夹套（5）的外侧壁与所述夹具钳（1）的钳口内壁直接紧密接触，所述过渡夹套（5）的内侧壁与所述辅助夹块（4）的外壁直接紧密接触。

3.根据权利要求1所述的小型试样拉伸试验用牵引夹持机构，其特征在于：在所述辅助夹块（4）和所述夹具钳（1）的钳口内壁之间增设两块自由夹块（7），两个所述自由夹块（7）的外壁分别与所述夹具钳（1）的钳口内壁直接紧密接触，两个所述自由夹块（7）还各有一个侧壁与所述辅助夹块（4）的外壁直接紧密接触。

4.根据权利要求3所述的小型试样拉伸试验用牵引夹持机构，其特征在于：所述燕尾形端头（6）的两端面为平面，所述楔形槽（3）的底部也为平面，所述燕尾形端头（6）与所述楔形槽（3）紧密嵌合。

5.根据权利要求3所述的小型试样拉伸试验用牵引夹持机构，其特征在于：所述燕尾形端头（6）的两端面为圆弧面，所述楔形槽（3）的底部也为与所述燕尾形端头（6）的端面接触配合的圆弧面，所述燕尾形端头（6）与所述楔形槽（3）紧密嵌合。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的小型试样拉伸试验用牵引夹持机构，其特征在于：每个所述燕尾形端头（6）的侧面与所述楔形槽（3）的开口内壁的接触面积为所述试样（2）的最大横截面积的两倍以上。