專利名稱：多功能材料疲勞試驗引伸夾具的制作方法
技術領域：
本發明涉及材料試驗設備，尤其是金屬材料單、多軸疲勞試驗夾具的制造領域。
背景技術：
金屬材料的疲勞試驗對于金屬構件的疲勞強度設計起著重要的指導作用。為了考 查金屬構件的疲勞性能，通常將金屬材料加工成實心棒狀試樣來進行室溫和高溫環境下的 疲勞試驗。有關棒狀試樣的疲勞試驗技術已經相當成熟，國際、國內也推出了一系列相應的 疲勞試驗標準。但是隨著反應堆工程、化工壓力容器工程等的迅速發展，金屬管件得以在工 程實際中廣泛應用。因存在特殊夾持困難，使得金屬等壁厚管件的高溫疲勞試驗難以開展。 在高溫環境下，由于受高溫爐的限制，所需管試樣較長，而過長的管試樣在疲勞試驗過程中 又極易產生疲勞循環失穩。為了避免產生變形失穩，常常采用二次夾具螺紋連接的方式來 減少所需管試樣的長度，同時達到節省試樣材料的目的。然而對于管件，無法采用螺紋連接 方式延長試樣。為避免實驗過程中的疲勞失穩，對于厚壁管試樣，有時在工作管段加工出一 弧形槽，使得工作段直徑減小，以弧形槽根部的徑向應變控制疲勞試驗的進行，然后將徑向 應變換算成軸向應變。該技術方案中管試樣工作段為漏斗形狀而非等直狀，需要進行徑向 應變同軸向應變之間的換算，其中存在一定的換算誤差；該技術方案所限定的特殊試驗所 需管試樣依然較長，試樣耗材較大。中國專利ZL2009200799625公開了一種金屬薄壁等壁 厚管材高溫疲勞試驗夾具，采用多瓣式對稱外錐體結構實現等壁厚管材試件的高溫夾持。 該專利所公開的夾具僅能實現薄壁等壁厚管材的高溫疲勞試驗，所能提供的抱緊力有限， 對于實現厚壁管材室溫和高溫環境下的疲勞試驗有較大困難，更無法實現實心光滑夾持棒 材的室溫和高溫疲勞試驗。目前尚無任何可同時實現等壁厚薄壁、厚壁管材以及兩端光滑 夾持的實心棒材在高溫環境下的單、多軸疲勞試驗的有效技術方案。
發明內容
本發明的目的是提供一種金屬等壁厚管材以及實心光滑夾持棒材的多功能疲勞 試驗引伸夾具，使之克服現有技術的以上所述缺點，不僅可實現常、高溫環境下金屬等壁厚 管件和實心光滑夾持棒材的單、多軸疲勞試驗，而且還達到節省試樣材料的目的。本發明的目的是通過如下的手段實現的。多功能材料疲勞試驗引伸夾具，用于在常、高溫疲勞試驗中對金屬等壁厚管材和 實心光滑夾持棒材進行夾持。有一主軸1，所述主軸具有頂桿12、限位凸臺11、中部螺紋段 8和夾持段13 ；主軸1與套筒3通過鎖緊螺帽2連接，鎖緊螺帽2旋接在主軸1的中部螺紋 段8上；過渡頂桿5和夾持墊套4以及主軸1上的頂桿12部分置于套筒3內，套筒3內部 靠近試樣安裝端為錐形內孔設計，套筒3中部開設對稱氣孔9，用于釋放高溫試驗環境下產 生的高溫氣體；夾持墊套4與定位簧片6配合而形成可改變徑向尺度的彈性機構。在實際實驗時，首先將夾持墊套、過渡頂桿置于套筒內，套筒與主軸連接并由主軸 上的限位凸臺進行周向限位，鎖緊螺帽從套筒的一端套入并同主軸的中部螺紋段初步配合，然后將已塞入金屬堵頭的管試樣或實心光滑夾持棒狀試樣的一端插入置于套筒內的夾 持墊套內部，通過鎖緊螺帽傳遞到主軸頂桿的頂力而使夾持墊套對管試樣或實心光滑棒狀 試樣產生機械擠壓力，實現夾具對試樣的抱緊。試樣的另一端作對稱的夾持設置。對于高 溫疲勞試驗情形，將試樣及夾具套筒的部分置于高溫環境中，根據熱膨脹原理，設計主軸、 過渡頂桿以及夾持墊套所用材料的熱膨脹系數大于套筒和鎖緊螺帽，升溫后夾具主軸、過 渡頂桿和夾持墊套與套筒、鎖緊螺帽及試樣之間因熱膨脹差異而產生不同的熱應變，實現 夾具對試樣的再次抱緊。同時，對于管試樣，金屬堵頭也采用熱膨脹系數較高的材料，以防 止管試樣在受夾具夾持時產生內凹變形，從而增強夾具對管試樣的綜合抱緊力。本發明夾 具的夾持墊套和過渡頂桿可通過改變尺寸適應多種規格的試樣，主軸夾持段也可改變尺寸 以適應多種規格的試驗機夾頭。采用本發明的設計方案，可滿足多種規格等壁厚管件和實心光滑夾持棒材的常、 高溫單、多軸疲勞試驗，結構簡單，試樣尺寸適應范圍大，夾持功能突出，節省試樣材料。
圖1為本發明實施例夾持試樣后的三維視圖。圖2為本發明實施例夾持試樣后的剖視圖。圖3為本發明實施例主軸的三維視圖。圖4為本發明實施例鎖緊螺帽的三維視圖。圖5為本發明實施例套筒的三維視圖。圖6為本發明實施例套筒的剖視圖。圖7為本發明實施例夾持墊套的三維視圖。圖8為本發明實施例定位簧片的平面視圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。結合圖1至圖8可看出本發明的基本結構和具體實施方式
。多功能材料疲勞試驗 引伸夾具，有一主軸1，所述主軸具有頂桿12、限位凸臺11、中部螺紋段8和夾持段13 ；主軸 1與套筒3通過鎖緊螺帽2連接，鎖緊螺帽2旋接在主軸1的中部螺紋段8上；過渡頂桿5 和夾持墊套4以及主軸1上的頂桿12部分置于套筒3內；套筒3內部靠近試樣安裝端為錐 形內孔設計，可使夾持墊套4在受到過渡頂桿5的頂力后對試樣7產生擠壓力；套筒3中部 開設對稱氣孔9，用于釋放高溫試驗環境下產生的高溫氣體；夾持墊套4與定位簧片6配合 而形成可改變徑向尺度的彈性機構，在此采用兩瓣式錐體結構。如圖2所示，將夾持墊套4、過渡頂桿5置于套筒3內，套筒3與主軸1連接并由主 軸1上的限位凸臺11進行周向限位；鎖緊螺帽2從套筒3的一端套入，其內螺紋10同主軸 的中部螺紋段8初步配合，然后將已塞入金屬堵頭(由具有高熱膨脹系數的材料制成)的管 試樣(或實心光滑棒狀試樣)7的一端插入置于套筒3內的夾持墊套4內部，將夾具主軸1 的夾持段13用試驗機夾具抱緊。擰緊鎖緊螺帽2，使主軸1上的頂桿12對套筒3內的夾持 墊套4產生足夠大的頂力，從而使夾持墊套對試樣產生足夠大的擠壓力，試樣的另一端按 照相同的方法套裝上本發明夾具。對于高溫疲勞試驗情形，待試樣安裝完成后，將試樣和本發明夾具的套筒3外徑較小的部分一并置于高溫環境中，待升到試驗溫度后，試樣7和夾具 系統將因材料熱膨脹的差異使得夾具對試樣的抱緊力大大增強。在本例中，主軸1、過渡頂 桿5、夾持墊套4及堵頭材料均選用GH2036合金；套筒3)和鎖緊螺帽2材料選用lCrl7Ni權利要求
多功能材料疲勞試驗引伸夾具，用于在常、高溫疲勞試驗中對金屬等壁厚管材和實心光滑夾持棒材進行夾持，其特征在于，有一主軸(1)，所述主軸具有頂桿(12)、限位凸臺(11)、中部螺紋段(8)和夾持段(13)；主軸與套筒(3)通過鎖緊螺帽(2)連接，鎖緊螺帽旋接在主軸中部螺紋段(8)上；過渡頂桿(5)和夾持墊套(4)以及主軸上的頂桿(12)部分置于套筒(3)內，套筒內部靠近試樣安裝端為錐形內孔設計，套筒中部開設對稱氣孔(9)；夾持墊套與定位簧片(6)配合形成可改變徑向尺度的彈性機構。
2.根據權利要求1所述之多功能材料疲勞試驗引伸夾具，其特征在于，所述夾持墊套 (4)與定位簧片(6)配合而形成可改變徑向尺度的彈性機構。
3.根據權利要求1所述之多功能材料疲勞試驗引伸夾具，其特征在于所述主軸(1)、過 渡頂桿(5)、夾持墊套(4)所用材料的熱膨脹系數大于套筒(3)和鎖緊螺帽(2)所用材料的 熱膨脹系數，以利于增強夾具在高溫環境下的夾持性能。
全文摘要
本發明公開了一種多功能材料疲勞試驗引伸夾具，用于在常、高溫疲勞試驗中對金屬等壁厚管材和實心光滑夾持棒材進行夾持。主軸具有頂桿(12)、限位凸臺(11)、中部螺紋段(8)和夾持段(13)；主軸與套筒(3)通過鎖緊螺帽(2)連接，鎖緊螺帽旋接在主軸中部螺紋段(8)上；過渡頂桿(5)和夾持墊套(4)以及主軸上的頂桿(12)部分置于套筒(3)。本發明可滿足多種規格等壁厚管材和實心光滑夾持棒材在常、高溫環境下的單軸、純扭和軸扭復合疲勞試驗，結構簡單，試樣尺寸適應范圍大，夾持功能突出，節省試樣材料。
文檔編號G01N3/18GK101949796SQ20101050950
公開日2011年1月19日 申請日期2010年10月18日 優先權日2010年10月18日
發明者包陳, 蔡力勛, 陳洪軍 申請人:西南交通大學