專利名稱：一種金屬板材溫熱成形單向拉伸試驗夾具的制作方法
技術領域：
本發明涉及金屬板材溫熱成形性能測試技術，具體為一種用于金屬板材溫熱 成形單向拉伸力學性能測試的拉伸試驗夾具。
背景技術：
在對金屬板材溫熱成形性能進行研究的時候，可以通過在不同溫度下的單向 拉伸試驗獲得溫熱成形條件下材料的應力應變曲線、延伸率，以此推導出材料的 應變硬化指數和應變率敏感系數，進而研究各個參數對材料性能的影響。
和常溫下拉伸試驗相比較，加熱情形下的單向拉伸試驗有諸多特殊性。第一 在整個試驗過程中拉伸試件要始終處在加溫的環境中，所以不能直接用引伸計對 拉伸試件標距的位移量進行測量；第二溫熱拉伸試驗時，加熱溫度不同，拉伸 試件的軟化程度也會隨之變化，軟化程度大會使位移量引出變得不準確；第三 由于加熱爐內空間有限，所以定位夾緊裝置應該在能保證拉伸試件的長度方向與 加載力方向共線的前提下結構小巧簡便；第四加熱爐內的溫度會使整個夾具處 于加熱狀態，熱量如果傳導到試驗機上容易對其傳感器等易損器件產生不良影 響。
此前國外有相關的試驗夾具的設計。如專利號為5，286,108的美國專利給 出一種高溫單向拉伸試驗的夾具設計方法。這種方法通過對螺母的擰緊帶動斜楔 對拉伸試件進行夾緊，解決了在相對狹小空間內對拉伸試件的夾緊問題。但其設 計存在如下問題1.在對標距位移量測量時無法安裝引伸計，只能用拉伸試件 整體的變形量近似代替標距的位移，降低了試驗的精度。2.拉伸試件定位采用
"兩面一銷"的方法，存在過定位，定位精度取決于拉伸試件輪廓制造精度，故 無法保證加載力的方向與拉伸試件長度方向共線且斜楔夾緊的方法使得拉伸試
件的安裝較為繁瑣；3.無冷卻裝置，無法防止高溫對試驗機夾頭處傳感器產生 不良影響。
國內也有類似的試驗夾具，如江蘇科技大學的溫熱成形試驗夾具。該夾具安 裝了冷卻盤，可以防止高溫對試驗機夾頭處傳感器的破壞。但其夾具的設計仍存 在不足1.在對標距位移量測量時無法安裝引伸計，只能用拉伸試件整體的變 形量近似代替標距的位移，降低了試驗的精度；2.通過機械對中的方法來保證 拉伸試件長度方向與加載力的方向共線，增加了對夾具的零件加工和裝配的精度 要求。
目前市場上有少量溫成形拉伸試驗夾具。如深圳市新三思材料檢測有限公司 生產的溫成形拉伸試驗夾具。該夾具的位移量引出裝置可將加熱爐內拉伸試件的 位移引出到爐外，并且設計有冷卻裝置可以對連接處進行冷卻。但其設計還存在 如下缺點1.不同的溫度下材料的軟化程度不同，溫度越高，材料的軟化程度越大，拉伸試件中部標距位置的凸起越容易在位移量引出桿拉力的作用下變形， 造成引出的位移量不準確；2.拉伸試件采用銷定位，不夾緊，故無法保證拉伸 試件長度方向與加載力的方向共線；3.通入的冷卻水在冷卻裝置中以直流的方 式通過，冷卻能力比環流的方式低。因此該試驗裝置可以在溫成形的情形下使用， 但不適用于高溫熱試驗的情況。
發明內容
本發明提供一種用于金屬板材溫熱成形單向拉伸力學性能測試的拉伸試驗 夾具。針對上述夾具設計上的不足，本夾具能夠將不同溫度下不同軟化程度拉伸 試件的標距位移量引出加熱爐外，方便使用引伸計對其位移準確測量；拉伸試件 裝夾后可以保證加載力的方向與拉伸試件長度方向共線；冷卻裝置能有效地對夾 具與試驗機連接處進行冷卻。該夾具可有效地提高試驗結果的準確性。
本發明采用以下技術方案實現
該夾具共由位移量引出部分、拉伸試件定位夾緊部分、試驗機連接部分組成。
為了將不同軟化程度的拉伸試件標距位移量引出至加熱爐外，本夾具位移量 引出部分設計如下它具體由上位移量引出桿、下位移量引出桿、上圓柱套筒、
下圓柱套筒和拉緊裝置組成。
上位移量引出桿的卡槽和下位移量引出桿的卡槽與拉伸試件中部標距位置 的凸起相配合，使拉伸試件在變形時拉伸試件中部標距位置的凸起可以帶動上位 移量引出桿相對于下位移量引出桿發生移動。上位移量引出桿的延伸端的半圓形 通槽和下位移量引出桿的延伸端的半圓形通槽與下拉桿上的半圓形槽之間裝有 滑棒，使得在拉緊裝置產生的拉緊力作用下，上位移量引出桿和下位移量引出桿 可以在滑棒上滑動。上圓柱套筒和下圓柱套筒安裝在延伸端上的通孔中，用于固 定引伸計。上圓柱套筒的針和下圓柱套筒的通孔相配合，對上位移量引出桿相對 于下位移量引出桿的滑動起導向作用。拉緊裝置安裝在上位移量引出桿的延伸端 和下位移量引出桿的延伸端上。上拉桿通過拉伸試件與上位移量引出桿、下位移 量引出桿和下拉桿連接。
拉緊裝置的作用是，通過拉緊延伸端，使得上位移量引出桿、下位移量引出 桿貼緊在滑棒上。拉緊裝置由拉緊螺釘、壓縮彈簧、拉緊螺母組成。拉緊螺母旋 在拉緊螺釘上，壓縮彈簧套在拉緊螺釘上并始終處于壓縮狀態。拉緊裝置產生的 拉緊力大小可調，旋緊拉緊螺母拉緊力變大，旋出則反之。拉緊力增大，上位移 量引出桿和下位移量引出桿滑動時要克服的摩擦力變大，這樣造成上位移量引出 桿和下位移量引出桿對拉伸試件中部標距位置的凸起的拉力增大。在溫熱成形拉 伸試驗時，溫度越高拉伸試件軟化現象越明顯，拉伸試件中部標距位置的凸起就 越容易在上位移量引出桿和下位移量引出桿的拉力作用下變形，使得引出的位移 量不準確，但大的拉緊力可以使夾具結構緊湊，運動更可靠。因此在高溫試驗時可以適當減小拉緊力來減小拉伸試件中部標距位置的凸起的變形，進而提高試驗 精度，而在中低溫試驗時可適當增大拉緊力以使夾具結構緊湊，運動更可靠。
為了實現簡單準確地將拉伸試件進行定位和夾緊并且保證加載力的方向與 拉伸試件長度方向共線，本夾具拉伸試件的定位夾緊部分設計如下拉伸試件定 位夾緊部分由上拉桿、下拉桿、上壓片、下壓片、螺栓和螺母組成。通過添加墊 片使得拉伸試件可以相對于上拉桿、下拉桿的軸線保持對中。上壓片和下壓片突 出的長圓形部分與上拉桿和下拉桿的半長圓形槽相配合，對上壓片、下壓片進行 定位。拉伸試件的一頭位于上壓片和上拉桿之間，另一頭位于下壓片和下拉桿之 間，靠螺栓與拉伸試件上圓孔的配合來定位，通過擰緊螺母夾緊。
為防止高溫對試驗機夾頭處傳感器產生不良影響，本夾具與試驗機連接部分 設計如下夾具與試驗機連接處設有冷卻裝置，試驗機連接部分由上連接頭、下 連接頭、上冷卻盤和下冷卻盤組成，上連接頭和下連接頭通過螺紋連接的方法分 別與上冷卻盤和下冷卻盤連接，上冷卻盤和下冷卻盤也通過螺紋連接的方法分別 與定位夾緊部分的上拉桿和下拉桿相連接，上冷卻盤和下冷卻盤內部中空，冷卻 水通過冷卻水進出接口從上冷卻盤和下冷卻盤通入和流出，冷卻水在冷卻盤中形 成環流來對夾具與試驗機連接處進行冷卻，防止高溫對試驗機夾頭傳感器產生不 良影響。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步詳細說明。 圖1為本發明的夾具裝配圖2為溫熱成形單向拉伸力學性能測試的拉伸試件A示意圖3下拉桿6，下壓片8，螺栓9，螺母IO，上圓柱套筒13，下圓柱套筒14和 拉緊裝置D示意圖；拉緊裝置D包括拉緊螺釘15、壓縮彈簧16、拉緊螺母 17，滑棒18;
圖4上位移量引出桿ll、下位移量引出桿12示意圖； 圖5試驗時夾具安裝結構附圖中1.上連接頭，2.下連接頭，3.上冷卻盤，4.下冷卻盤，5.上拉桿， 6.下拉桿，7.上壓片，8.下壓片，9.螺栓，10.螺母，11.上位移量引出桿， 12.下位移量引出桿，13.上圓柱套筒，14.下圓柱套筒，15.拉緊螺釘，16.壓 縮彈簧，17.拉緊螺母，18.滑棒。
a.卡槽，b.延伸端通孔，c.半圓形通槽，d.拉伸試件中部標距位置的凸起，e.延 伸端，f.半圓形槽，g.上圓柱套筒的針，h.下圓柱套筒的通孔，i.冷卻水進出 接口， j.突出的長圓形部分，k.半長圓形槽，m.拉伸試件上的圓孔。
A.拉伸試件，B.加熱爐，C.引伸計，D.拉緊裝置。具體實施方案
本夾具共由位移量引出部分、拉伸試件定位夾緊部分、試驗機連接部分組成。 本夾具可將不同溫度下不同軟化程度拉伸試件的標距位移量引出加熱爐外，方便 利用引伸計對位移準確測量；拉伸試件裝夾后可以保證試驗機加載力的方向與拉 伸試件長度方向共線；與試驗機連接處設有冷卻裝置，可在高溫情況下對夾具與 試驗機連接處進行冷卻。
本夾具的位移量引出部分由上位移量引出桿ll、下位移量引出桿12、上圓 柱套筒13、下圓柱套筒14和拉緊裝置D組成。
安裝拉伸試件時，拉伸試件中部標距位置的凸起d與上位移量引出桿ll的 卡槽a和下位移量引出桿12的卡槽a配合，使拉伸試件中部標距位置的凸起d 可以帶動上位移量引出桿11相對于下位移量引出桿12發生移動。上位移量引出 桿11延伸端e和下位移量引出桿12延伸端e的半圓形通槽c與下拉桿6上半圓 形槽f之間裝有滑棒18,使得在拉緊裝置D產生的拉緊力作用下，上位移量引 出桿11和下位移量引出桿12可以在滑棒18上滑動。
考慮到不同的溫度下拉伸試件軟化程度的不同，可以通過旋動拉緊螺母17 來調節壓縮彈簧16的長度，進而調節拉緊裝置D對上位移量引出桿11的延伸 端e和下位移量引出桿12的延伸端e的拉緊力大小。高溫試驗時可以適當減小 拉緊力來減小拉伸試件中部標距位置的凸起d的變形，進而提高試驗精度，而在 中低溫試驗時可適當增大拉緊力以使夾具結構緊湊，運動更可靠。上圓柱套筒 13、下圓柱套筒14用于固定引伸計C，上圓柱套筒的針g和下圓柱套筒的通孔 h相配合，對上位移量引出桿11相對于下位移量引出桿12的滑動起導向作用。
本夾具拉伸試件的定位夾緊部分由上拉桿5、下拉桿6、上壓片7、下壓片8、 螺栓9和螺母10組成。上壓片7和下壓片8突出的長圓形部分j與上拉桿5和 下拉桿6的半長圓形槽k相配合，對上壓片7和下壓片8進行定位。拉伸試件A 一頭位于上壓片7和上拉桿5之間，另一頭位于下壓片8和下拉桿6之間，由螺 栓9與拉伸試件上的圓孔m的配合來定位，通過擰緊螺母10夾緊。
本夾具試驗機連接部分由上連接頭l、下連接頭2、上冷卻盤3和下冷卻盤 4組成。冷卻水通過進出接口i通入和流出，在上冷卻盤3和下冷卻盤4內部形 成環流對連接處冷卻。
使用本夾具的試驗過程如下
首先對拉伸試件和夾具進行安裝，使拉伸試件中部標距位置的凸起d與上位 移量引出桿ll的卡槽a和下位移量引出桿12的卡槽a配合，通過添加墊片以確 保拉伸試件A相對于上拉桿5和下拉桿6的軸線保持對中，并利用螺栓9和拉 伸試件的圓孔m對拉伸試件定位。再分別將上壓片7和下壓片8壓于拉伸試件 A上。將上壓片7和下壓片8對應的螺母10旋上但不旋緊，使上壓片7和下壓片8輕輕壓在拉伸試件A上。調整拉緊裝置D的拉緊力大小。把夾具的上連接 頭1和下連接頭2分別安裝在試驗機的上夾頭套和下夾頭套上，啟動試驗機施加 適當的預緊力，再擰緊螺母IO。將引伸計C的兩個刃口分別與上圓柱套筒13和 下圓柱套筒14固定，就完成對拉伸試件A的夾緊及對夾具的安裝。
在夾具安裝完畢以后，將冷卻水管與上冷卻盤1和下冷卻盤2上的冷卻水進 出接口i相連接。通入冷卻水，設定加熱爐的溫度，閉合加熱爐對拉伸試件進行 加溫。待溫控裝置顯示加熱爐內溫度達到設定溫度后，啟動單向拉伸試驗機進行 試驗。由計算機采集并記錄試驗過程的應力應變等數據。
權利要求
1、一種金屬板材溫熱成形單向拉伸試驗夾具，其特征在于由位移量引出部分、拉伸試件定位夾緊部分、試驗機連接部分組成；位移量引出部分由上位移量引出桿(11)、下位移量引出桿(12)、上圓柱套筒(13)、下圓柱套筒(14)和拉緊裝置(D)組成；拉伸試件定位夾緊部分由上拉桿(5)、下拉桿(6)、上壓片(7)和下壓片(8)組成；試驗機連接部分由上連接頭(1)、下連接頭(2)、內部中空可通冷卻水的上冷卻盤(3)和內部中空可通冷卻水的下冷卻盤(4)組成；上位移量引出桿(11)的延伸端(e)和下位移量引出桿(12)的延伸端(e)安裝在下拉桿(6)上，上圓柱套筒(13)和下圓柱套筒(14)分別安裝在上位移量引出桿(11)的延伸端(e)和下位移量引出桿(12)的延伸端(e)上；拉緊裝置同樣也安裝在上位移量引出桿(11)的延伸端(e)和下位移量引出桿(12)的延伸端(e)上；上壓片(7)安裝在上拉桿(5)上，下壓片(8)安裝在下拉桿(6)上；上拉桿(5)通過拉伸試件(A)與上位移量引出桿(11)、下位移量引出桿(12)和下拉桿(6)連接；上連接頭(1)和下連接頭(2)分別與上冷卻盤(3)和下冷卻盤(4)相連接，上冷卻盤(3)和下冷卻盤(4)分別與定位夾緊部分的上拉桿(5)和下拉桿(6)相連接。
2、 權利要求1所述的一種金屬板材溫熱成形單向拉伸試驗夾具，其特征在 于上位移量引出桿(11)的延伸端(e)和下位移量引出桿(12)的延伸端(e) 的中部開有半圓形通槽(c)，下拉桿(6)上開有半圓形槽(f)，滑棒(18)裝 在半圓形通槽(c)和半圓形槽(f)之間，從而使上位移量引出桿(11)和下位 移量引出桿(12)可以沿滑棒(18)上下滑動。
3、 權利要求l所述的一種金屬板材溫熱成形單向拉伸試驗夾具，其特征在 于上圓柱套筒(13)安裝在上位移量引出桿(11)的延伸端(e)上的通孔(b) 中， 下圓柱套筒(14)安裝在下位移量引出桿(12)的延伸端(e)上的通孔(b) 中，上圓柱套筒的針(g)和下圓柱套筒的通孔(h)相配合，對上位移量引出桿(11)相對于下位移量引出桿(12)的滑動起導向作用。
4、 權利要求1所述的一種金屬板材溫熱成形單向拉伸試驗夾具，其特征在 于拉緊裝置(D)由拉緊螺釘(15)、壓縮彈簧(16)和拉緊螺母(17)組成， 壓縮彈簧(16)通過拉緊螺母(17)安裝在拉緊螺釘(15)上。
5、 權利要求1所述的一種金屬板材溫熱成形單向拉伸試驗夾具，其特征在 于上壓片(7)和下壓片(8)上突出的長圓形部分(j)與上拉桿(5)和下拉桿(6)上的半長圓形槽(k)相配合，對上壓片(7)、下壓片(8)進行定位；拉伸試件(A)的一頭位于上壓片(7)和上拉桿(5)之間，另一頭位于下壓片 (8)和下拉桿(6)之間，靠螺栓(9)與拉伸試件上的圓孔(m)的配合來定 位，通過擰緊螺母(10)夾緊；拉伸試件中部標距位置的凸起(d)與上位移量 引出桿(11)的卡槽(a)和下位移量引出桿(12)的卡槽(a)相配合，使拉伸 試件(A)在變形時拉伸試件中部標距位置的凸起(d)可以帶動上位移量引出 桿(11)相對于下位移量引出桿(12)發生移動。
6、權利要求1所述的一種金屬板材溫熱成形單向拉伸試驗夾具，其特征在 于上壓片(7)與上拉桿(5)之間以及下壓片(8)與下拉桿(6)之間設有不 同厚度的墊片，來滿足不同厚度的拉伸試件(A)相對上拉桿(5)和下拉桿(6) 軸線對中的需要，從而保證試驗中加載力的方向與拉伸試件(A)長度方向共線。
全文摘要
一種金屬板材溫熱成形單向拉伸試驗夾具，涉及金屬板材溫熱成形性能測試技術。該夾具由位移量引出部分、拉伸試件定位夾緊部分、試驗機連接部分組成，能夠將不同溫度下不同軟化程度的拉伸試件標距位移量引出加熱爐外，方便使用引伸計對其位移準確測量；拉伸試件裝夾后可以保證加載力的方向與拉伸試件長度方向共線；冷卻裝置能有效地對夾具與試驗機連接處進行冷卻。該夾具能有效提高了試驗結果的準確性。
文檔編號G01N3/00GK101608988SQ20091018123
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月20日 優先權日2009年7月20日
發明者毅 丁, 滕廣宇, 郭玉琴, 煒 陳, 陳康敏 申請人:江蘇大學