CN207488076U - 一种脉冲电流辅助板状试样单轴拉伸的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种脉冲电流辅助板状试样单轴拉伸的试验装置，包括脉冲电源和拉伸试验机，所述拉伸试验机包括与板状试样两端固定连接的拉伸夹具以及用于带动拉伸夹具相互靠近或远离的驱动装置，在板状试样的两端分别设置固定压片，导线的一端为扁平状且被固定压片紧压在试样上，导线的另一端连接脉冲电源的正极或负极；在所述拉伸夹具上设有楔形型腔且在每个型腔内设有两个相对设置的绝缘夹块，在两个绝缘夹块的相对面上设有卡槽且在每个卡槽内设有定位夹块，所述绝缘夹块在紧固旋钮的带动下紧压在型腔内壁上，进而迫使定位夹块将试样夹紧。所述装置结构简单，安全性高，大大减少了焦耳热的产生，而且适用于对不同尺寸的板状试样的试验。

Description

一种脉冲电流辅助板状试样单轴拉伸的试验装置

技术领域

本实用新型涉及金属材料变形行为测试装置技术领域，具体地，涉及一种脉冲电流辅助板状试样单轴拉伸的试验装置。

背景技术

自从前苏联学者O.A.Troitskii等人发现脉冲电流对锌单晶的变形行为存在明显影响后，脉冲电流作为一种新的材料处理方式引起了人们的高度重视。经研究表明，脉冲电流可以增强材料的变形能力，即电致塑性。K.Okazaki和H.Conrad等人的研究结果已经证实脉冲电流可以降低纯Ti、Pb、Sn的变形抗力，从而提高其金属延展性；Jiang等人在研究了脉冲电流对AZ91镁合金轧制的影响后，发现脉冲电流提高了AZ91镁合金的成形能力，而且变形过程中无需再退火以消除加工硬化问题，同时还可以抑制β相的产生，提高合金性能；Tang等人将脉冲电流应用到奥氏体不锈钢、304L不锈钢等合金的冷拔工艺中，发现脉冲电流可以减小冷力(约为20％～50％)，并使得金属延伸率明显增加，表面质量也得到改善，而且大大提高了生产效率。

中国专利CN201510012160公开了一种通电热拉伸试验装置及拉伸试验方法，电子万能试验机的上、下夹具均包括夹持板、连杆以及用于实现二者间接连接的绝缘板，所述夹具通过连杆固定设置在电子万能试验机的上横梁或活动横梁上，所述夹持板用于固定连接试样的两端且分别与电源的正、负极连通。该实用新型结构简陋，夹持板上用于固定连接试样的卡槽宽度一定，仅限于对固定厚度的板状试样进行试验，装置的适用性不广，而且夹持板对试样的固定效果不好；另外，由于夹持板同时具有导电和固定功能，因而其本身的结构体积较大，不仅无法保证绝缘安全性，而且当有大电流(几百甚至几千安培)通过时，夹持板会产生大量的焦耳热。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、安全性高、焦耳热量少、夹持厚度可调的用于脉冲电流辅助金属试样单轴拉伸试验的装置，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种脉冲电流辅助板状试样单轴拉伸的试验装置，包括脉冲电源和拉伸试验机，所述拉伸试验机包括至少一组相对设置且分别与板状试样两端固定连接的拉伸夹具、以及用于带动同组的两个拉伸夹具相互靠近或远离的驱动装置，所述板状试样的两端通过导线分别连接脉冲电源的正、负极；

在同组的两个拉伸夹具上均设有楔形型腔且两个型腔较窄的一端相对设置，两个型腔的相对面开口以用于板状试样穿过，在每个型腔内均设有两个相对设置的绝缘夹块，相对设置的两绝缘夹块与相对设置的两拉伸夹具是在不同方向上相对，所述绝缘夹块与型腔内壁间存在活动空间，在两个绝缘夹块的相对面上分别设有卡槽，在每个卡槽内均设有材质刚度大于绝缘夹块的定位夹块；

所述拉伸夹具还包括设置在型腔内且位于型腔较宽一端的紧固旋钮，所述紧固旋钮可沿板状试样的长度方向往复运动，进而带动所述绝缘夹块与型腔内壁间的压紧或放松；当所述绝缘夹块受到型腔内壁的挤压时，相对设置的两个绝缘夹块相互靠近并通过定位夹块将板状试样夹紧固定。

优选地，在所述定位夹块和板状试样的接触面上设置有至少一处滚花防滑结构。

优选地，所述试验装置还包括通过螺栓固定设置在板状试样两端的固定压片，所述导线用于连接试样的一端为扁平状且被夹设在固定压片和试样之间，所述固定压片通过将导线紧压在板状试样上实现试样与电源间的电连接。

在试验过程中要保持试样始终被牢固夹紧，因此设计楔形的型腔既可以达到该目的又可以方便对试样的装取；考虑到绝缘夹块的刚度达不到夹持力度的要求，因此在绝缘夹块的卡槽内又设置了定位夹块，所述定位夹块选用刚度大的材质且其与板状试样的接触面上经过滚花处理，从而确保板状试样的紧固夹持。

优选地，所述绝缘夹块的材质为环氧树脂，所述定位夹块的材质为钢板，所述固定压片的材质为铜。

优选地，所述绝缘夹块和定位夹块间通过螺栓固连，且在绝缘夹块和定位夹块上分别开有位置对应的螺孔。

优选地，所述试验装置还包括测温装置，所述测温装置包括数据记录器以及与板状试样外表面直接接触的热电偶，以便于实时监测试样的表面温度。

由于电流流过会产生焦耳热，当电流密度比较高时(比如100A/mm²)，温度往往能达到200多度，监测其表面温度，一是为了防止试样温度超过材料本身的再结晶温度；二是为了引入温度数据，更好地分析实验结果；三是避免温度过高对试验仪器造成损坏。

优选地，相对设置的两绝缘夹块为结构对称的两绝缘夹块。

优选地，所述试验装置包括至少一个板状试样，所述板状试样为金属件，且板状试样长度方向的中段宽度小，而板状试样长度方向的两端宽度大。

优选地，所述板状试样长度方向的中段宽度为3～8mm。

本实用新型提供的技术方案至少具有如下有益效果：

1、所述试验装置中的脉冲电源、导线和板状试样共同构成了一个闭合的电流回路，通过设置固定压片使导线直接连接在试样上而无需让电流再经过其他金属件，加之将具有圆形截面的导线的端部加工成扁平状，这样就增大了导线和试样间的接触面积，不仅减少了焦耳热的产生，改善了发热问题，还大大降低了因误碰而导致触电事故的几率，提高了试验安全性；

2、所述试验装置使用方便，其通过设置楔形型腔、绝缘夹块以及紧固旋钮，使得本装置可适用于不同尺寸厚度的板状试样，既避免了装取时对试样的磨损，又保证了试验过程试样连接的紧固性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本实用新型所述试验装置的结构示意图；

图2是图1中板状试样的结构示意图；

图3是图1所示试验装置的拉伸夹具的结构示意图；

图4是图3所示绝缘夹块和定位夹块组装时的正面结构示意图；

图5是图3所示绝缘夹块和定位夹块拆分后的结构示意图；

图中：01板状试样，1脉冲电源，2拉伸试验机，3导线，4测温装置；21拉伸夹具，22驱动装置；211绝缘夹块，212定位夹块，213固定压片，214紧固旋钮。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1～图5，一种脉冲电流辅助板状试样单轴拉伸的试验装置，包括脉冲电源1和拉伸试验机2，所述拉伸试验机2包括一组在竖直平面内上下设置且分别与板状试样01两端固定连接的拉伸夹具21、以及用于带动同组的两个拉伸夹具21相互靠近或远离的驱动装置22，所述板状试样01的两端通过导线3分别连接脉冲电源1的正、负极。

所述板状试样01为金属件，且板状试样长度方向的中段宽度小，而板状试样长度方向的两端宽度大；在本实施例中，所述板状试样长度方向的中段宽度为3～8mm。

在两个拉伸夹具21上均设有楔形型腔，两个型腔较窄的一端相对设置且二者的相对面开口以用于板状试样01穿过，在每个型腔内均设有两个在水平方向上左右设置且结构对称的绝缘夹块211，所述绝缘夹块211与型腔内壁间存在活动空间，在两个绝缘夹块211的相对面上分别设有卡槽，在每个卡槽内均设有定位夹块212。

所述卡槽为矩形结构且与定位夹块212的尺寸相匹配，所述绝缘夹块211和定位夹块212间通过螺栓固连，且在绝缘夹块211和定位夹块212上分别开有位置对应的螺孔。

所述拉伸夹具21还包括设置在型腔内且位于型腔较宽一端的紧固旋钮214，所述紧固旋钮214可沿板状试样01的长度方向往复运动，进而带动所述绝缘夹块211紧压在型腔内壁上或使二者间放松；当所述绝缘夹块211受到楔形型腔的倾斜内壁的挤压作用时，左右设置的两个绝缘夹块相互靠近并通过定位夹块212将板状试样01夹紧固定。

所述定位夹块212的材质刚度大于绝缘夹块211，且在所述定位夹块212和板状试样01的接触面上分别设置有滚花防滑结构，所述板状试样01的两端均有部分区域被定位夹块212夹紧固定，而另外部分区域则暴露于拉伸夹具21之外且在该区域位置设置有固定压片213。

所述固定压片213通过螺栓固定设置在板状试样01上，所述导线3用于连接试样的一端为扁平状且被夹设在固定压片213和试样之间，所述固定压片213通过将导线3紧压在板状试样01上实现试样与电源间的电连接。

在本实施例中，所述试验装置还包括测温装置4，所述测温装置4包括数据记录器以及与板状试样01外表面直接接触的热电偶，以便于实时监测试样的表面温度；所述热电偶的头部使用绝缘胶带包裹(也可以采用其他绝缘性能好且耐高温的材料进行隔绝)，然后和板状试样的表面直接接触，防止大电流流过热电偶对温度检测***带来损坏。

在本实施例中，所述脉冲电源1可提供0～5400A的可调正脉冲电流，其中频率范围为100～1000HZ，占空比范围为0～99％，所述导线3是能承受大电流的非普通导线，且在其外部包裹有耐高温云母材料或其他耐高温绝缘材料，使得所述导线3在能大电流环境下安全工作。

在本实施例中，所述绝缘夹块211的材质为环氧树脂，所述定位夹块212的材质为钢板，所述固定压片213的材质为铜。

在进行脉冲电流对金属试样的单轴拉伸试验时，首先调节两个紧固旋钮214相互远离，使得绝缘夹块211可以在型腔内自由移动，将定位夹块212放置在绝缘夹块211的卡槽内，并用螺栓对二者进行固定，然后用固定压片213将导线3的扁平端紧压在试样表面，并通过螺栓实现试样与固定压片213间的紧固连接，将板状试样01放入型腔内并使得试样的两端分别位于对应的定位夹块212之间，接着调节两个紧固旋钮214相互靠近，通过推动绝缘夹块211紧压在型腔内壁上，使得板状试样01被定位夹块212牢牢夹紧，最后将导线3的另一端分别连接脉冲电源1的正极或负极，用热电偶连接板状试样01的中部位置，打开装置开关，开始试验。

试验完成后，断开电源，再次调节两个紧固旋钮214相互远离，依次松开绝缘夹块211和定位夹块212后，取出板状试样01。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利保护范围，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。在本实用新型的精神和原则之内，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种脉冲电流辅助板状试样单轴拉伸的试验装置，其特征在于，包括脉冲电源(1)和拉伸试验机(2)，所述拉伸试验机(2)包括至少一组相对设置且分别与板状试样(01)两端固定连接的拉伸夹具(21)、以及用于带动同组的两个拉伸夹具(21)相互靠近或远离的驱动装置(22)，所述板状试样(01)的两端通过导线(3)分别连接脉冲电源(1)的正、负极；

在同组的两个拉伸夹具(21)上均设有楔形型腔且两个型腔较窄的一端相对设置，两个型腔的相对面开口以用于板状试样(01)穿过，在每个型腔内均设有两个相对设置的绝缘夹块(211)，相对设置的两绝缘夹块与相对设置的两拉伸夹具是在不同方向上相对，所述绝缘夹块(211)与型腔内壁间存在活动空间，在两个绝缘夹块(211)的相对面上分别设有卡槽，在每个卡槽内均设有材质刚度大于绝缘夹块(211)的定位夹块(212)；

所述拉伸夹具(21)还包括设置在型腔内且位于型腔较宽一端的紧固旋钮(214)，所述紧固旋钮(214)可沿板状试样的长度方向往复运动，进而带动所述绝缘夹块(211)与型腔内壁间的压紧或放松；当所述绝缘夹块(211)受到型腔内壁的挤压时，相对设置的两个绝缘夹块相互靠近并通过定位夹块(212)将板状试样(01)夹紧固定。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，在所述定位夹块(212)和板状试样(01)的接触面上设置有至少一处滚花防滑结构。

3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括通过螺栓固定设置在板状试样(01)两端的固定压片(213)，所述导线(3)用于连接试样的一端为扁平状且被夹设在固定压片(213)和试样之间，所述固定压片(213)通过将导线(3)紧压在板状试样(01)上实现试样与电源间的电连接。

4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述绝缘夹块(211)的材质为环氧树脂，所述定位夹块(212)的材质为钢板，所述固定压片(213)的材质为铜。

5.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述绝缘夹块(211)和定位夹块(212)间通过螺栓固连，且在绝缘夹块(211)和定位夹块(212)上分别开有位置对应的螺孔。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括测温装置(4)，所述测温装置(4)包括数据记录器以及与板状试样(01)外表面直接接触的热电偶，以便于实时监测试样的表面温度。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的试验装置，其特征在于，相对设置的两绝缘夹块为结构对称的两绝缘夹块。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括至少一个板状试样，所述板状试样为金属件，且板状试样长度方向的中段宽度小，而板状试样长度方向的两端宽度大。

9.根据权利要求8所述的试验装置，其特征在于，所述板状试样长度方向的中段宽度为3～8mm。