專利名稱：一種用于薄壁管高溫拉伸試驗(yàn)的試樣及夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料熱成形領(lǐng)域，具體是一種用于薄壁管高溫拉伸試驗(yàn)的試樣及夾具。
背景技術(shù)：
薄壁管是指管材的直徑與壁厚的比值大于20，薄壁管由于其壁厚薄其數(shù)控冷彎成形彎曲力矩大，易出現(xiàn)起皺、管外側(cè)過度減薄、破裂等加工缺陷，尤其是在小彎曲半徑下更難成形合格產(chǎn)品。熱彎條件下管材變形抗力減小、塑性流動性增加，可有效解決上述難題。 為了制定合理的數(shù)控?zé)釓澒に噮?shù)以及實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的數(shù)值建模分析，需要在高溫下對薄壁管弧形試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)以獲得相應(yīng)溫度下管材的材料性能參數(shù)。目前無論厚壁管材或薄壁管材，其高溫拉伸試驗(yàn)所用的試樣仍舊是采用傳統(tǒng)的熱拉伸弧形試樣，傳統(tǒng)的熱拉伸弧形試樣是按照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬材料高溫拉伸試驗(yàn)》GB/T. 4338-1995設(shè)計(jì)的熱拉伸弧形試樣，標(biāo)距段寬度大于承力孔直徑，同時(shí)標(biāo)距段過渡到凸臺采用的是過渡直角， 傳統(tǒng)的熱拉伸弧形試樣主要針對厚壁管材，對于薄壁管材，由于管材壁厚薄易在標(biāo)距段過渡到凸臺的直角過度區(qū)域和承力孔附近出現(xiàn)應(yīng)力集中而導(dǎo)致標(biāo)距段異常斷裂、承力孔失穩(wěn)起皺，其試驗(yàn)結(jié)果不能準(zhǔn)確表征試樣材料的高溫力學(xué)性能；標(biāo)準(zhǔn)的用于高溫拉伸試驗(yàn)的夾具過于簡單且不能夠定位準(zhǔn)確和夾持不緊。薄壁管材是指管材直徑與壁厚的比值大于20， 若將傳統(tǒng)熱拉伸弧形試樣應(yīng)用與薄壁管材，由于標(biāo)距段寬度大于承力孔的直徑，導(dǎo)致高拉伸試驗(yàn)過程中承力孔外邊緣處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而失穩(wěn)起皺；傳統(tǒng)的熱拉伸試樣標(biāo)距段過渡到凸臺采用過渡直角，高溫拉伸過程中，薄壁的試樣此處的過渡直角更易產(chǎn)生應(yīng)力集中發(fā)生異常斷裂。對于傳統(tǒng)的高溫拉伸試驗(yàn)夾具，由于其不具有夾持作用，夾持力不夠易出現(xiàn)打滑，并且傳統(tǒng)的高溫拉伸試驗(yàn)夾具定位不準(zhǔn)確是其固有缺陷，而專利《一種測試薄壁管材高溫拉伸性能的夾具》(專利公告號CN 201222026Y)主要針對小直徑薄壁管全管段試樣的高溫拉伸試驗(yàn)，而不適合于夾持大直徑薄壁管高溫拉伸弧形試樣；專利《一種拉伸試驗(yàn)夾具》(專利公告號CN 201069347U)由于發(fā)明的夾具直接與拉伸試驗(yàn)機(jī)夾持裝置進(jìn)行裝配，無法安裝加熱爐，故難以用于高溫拉伸試驗(yàn)；專利《一種萬能試驗(yàn)機(jī)管材拉伸試驗(yàn)夾具》 (專利公告號CN 201222026Y)主要是針對冷拉伸試驗(yàn)的夾具，不能用于高溫拉伸試驗(yàn)。因此，基于以上問題，需要對高溫拉伸試樣進(jìn)行有效改進(jìn)，對高溫拉伸夾具進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以使薄壁管弧形試樣在高溫拉伸中無應(yīng)力集中、變形均勻且過程穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中熱拉伸弧形試樣存在的在高溫拉伸過程中易產(chǎn)生標(biāo)距段過渡到凸臺的過渡直角應(yīng)力集中而發(fā)生異常斷裂、承力孔受力過大而使承力孔外邊緣失穩(wěn)起皺和標(biāo)距段變形不均勻不穩(wěn)定的缺陷；同時(shí)為了克服由于夾持試樣不緊固、夾持定位不準(zhǔn)確造成的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。基于以上問題本發(fā)明提出了一種用于薄壁管高溫拉伸試驗(yàn)的試樣及夾具。
本發(fā)明的中部為標(biāo)距段，在試樣中部標(biāo)距段的兩端分別有兩個(gè)凸臺；并且各端的兩個(gè)凸臺分別位于試樣寬度的兩側(cè)邊上，試樣的兩端分別有承力孔；所述承力孔的中心位于試樣長度方向的中心線上。其特征在于，所述的標(biāo)距段的寬度與位于試樣兩端的承力孔的直徑相同。凸臺與標(biāo)距段之間通過過渡圓弧過渡，所述的過渡圓弧的半徑為改進(jìn)前的同規(guī)格試樣的標(biāo)距段寬度與承力孔直徑的差值的1/2。所述薄壁管高溫拉伸試驗(yàn)的試樣的夾具包括固定架、兩個(gè)滑塊、凸模、凹模和四個(gè)擋塊；兩個(gè)滑塊位于固定架的卡槽內(nèi)，并分別與所述卡槽的內(nèi)壁貼合；凸模和凹模均位于兩個(gè)滑塊之間，分別嵌入滑塊上的內(nèi)凹槽中。凸模的凸面與凹模的凹面配合，并通過四個(gè)擋塊將兩個(gè)滑塊固定在固定架上。通過銷軸將試樣、凸凹模具和兩滑塊定位連接。所述固定架一端與拉伸試驗(yàn)機(jī)固連；固定架的另一端中心有用于安裝滑塊和模具的卡槽?？ú蹆蓚?cè)內(nèi)壁表面與固定架的軸線之間的夾角均為9°。所述滑塊斜面的斜角為9° ；在滑塊的中心，有銷軸的安裝孔。凹模的凹面的曲率與試樣外圓表面的曲率相同。凸模的凸面的曲率與試樣內(nèi)圓表面的曲率相同。在凹模和凸模的中心有銷軸的安裝孔。并且該銷軸安裝孔的位置與滑塊上的銷軸安裝孔的位置對應(yīng)。傳統(tǒng)的熱拉伸試樣標(biāo)距段寬度大于承力孔的直徑，高溫拉伸過程中不易變形且承力孔由于受力過大而發(fā)生失穩(wěn)起皺，同時(shí)標(biāo)距段與凸臺之間的采用的過渡直角易于產(chǎn)生應(yīng)力集中而發(fā)生異常斷裂。改進(jìn)后的薄壁管高溫拉伸弧形試樣的標(biāo)距段的寬度減小到與承力孔直徑相同，在高溫拉伸過程中試樣的標(biāo)距段變形所用的力減小，使得標(biāo)距段更容易變形， 同時(shí)減小了承力孔的受力而使承力孔失穩(wěn)起皺的趨勢減??；改進(jìn)后的薄壁管高溫拉伸弧形試樣的標(biāo)距段過渡到凸臺的過渡形式采用過渡圓弧，對薄壁管高溫拉伸弧形試樣進(jìn)行高溫拉伸時(shí)，所述的過渡圓弧不會產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中，避免因應(yīng)力集中而使試樣在高溫拉伸過程中異常斷裂。本發(fā)明提出的具有互鎖結(jié)構(gòu)的用于高溫拉伸試驗(yàn)的夾具利用互鎖原理， 當(dāng)兩滑塊在固定架的卡槽內(nèi)沿著軸線方向向卡槽口運(yùn)動的同時(shí)，兩滑塊的斜壁與V形狀的卡槽內(nèi)壁相互配合而使兩滑塊不斷夾緊，由于兩滑塊內(nèi)凹槽嵌入有模具，模具上裝有試樣， 夾緊的兩滑塊最終作用的效果是使模具夾緊試樣避免松動。改進(jìn)后的薄壁管高溫拉伸弧形試樣與本發(fā)明設(shè)計(jì)的具有互鎖結(jié)構(gòu)的夾具相互配合，最終實(shí)現(xiàn)薄壁管高溫拉伸弧形試樣在高溫拉伸試驗(yàn)中定位準(zhǔn)確、標(biāo)距段變形均勻穩(wěn)定和承力孔不發(fā)生失穩(wěn)起皺，從而使測得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確表征試樣材料的性能參數(shù)。


圖1熱拉伸弧形試樣主視圖；圖2薄壁管高溫拉伸弧形試樣主視圖；圖3薄壁管高溫拉伸弧形試樣三維圖；圖4夾具三維爆炸5夾具的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6固定架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7滑塊和模具三維圖。其中1.凸臺2.標(biāo)距段3.過渡圓弧 4.承力孔5.固定架
6.V形槽 7.V形槽內(nèi)壁 8.滑塊9.滑塊內(nèi)凹槽 10.凸模11.凸模表面12.凹模表面 13.凹模14.滑塊外側(cè)表面15.軸銷 16.擋塊
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例是一種用于薄壁管高溫拉伸試驗(yàn)的試樣。當(dāng)管材規(guī)格達(dá)到D/ t > 20，即管材直徑/壁厚大于20，這樣規(guī)格的管材是薄壁管。本實(shí)施例采用規(guī)格為 Φ76. 2X1. 0668mm(直徑X壁厚)薄壁不銹鋼管制成，其中D/t = 71. 43大于20，屬于薄壁管。所述的試樣包括薄壁管高溫拉伸弧形試樣的標(biāo)距段2、過渡圓弧3、凸臺1和承力孔 4。如圖1和圖2所示。本實(shí)施例是對現(xiàn)有技術(shù)中同規(guī)格的熱拉伸弧形試樣改進(jìn)而得到薄壁管高溫拉伸弧形試樣。本實(shí)施例為中部窄、兩端寬的板條狀。所述的試樣的中部為標(biāo)距段2，該標(biāo)距段2 的寬度與位于試樣兩端的承力孔4的直徑相同，本實(shí)施例中，承力孔4的直徑為10mm，標(biāo)距段2的寬度亦為10mm。所述承力孔4的中心位于試樣長度方向的中心線上。在試樣中部標(biāo)距段2的兩端分別有兩個(gè)凸臺1 ；并且各端的兩個(gè)凸臺1分別位于試樣寬度的兩側(cè)邊上。 凸臺1與標(biāo)距段2之間通過過渡圓弧3過渡，所述的過渡圓弧3的半徑為改進(jìn)前的同規(guī)格試樣的標(biāo)距段寬度與承力孔4直徑的差值的1/2，本實(shí)施例中，改進(jìn)前的同規(guī)格試樣的標(biāo)距段寬度與承力孔4直徑的差值為6mm，故過渡圓弧3的半徑為3mm。本實(shí)施例還提出了一種用于上述薄壁管高溫拉伸試驗(yàn)的試樣的夾具。如圖3所示，所述的薄壁管高溫拉伸試驗(yàn)的試樣夾具包括固定架5、兩個(gè)滑塊8、凸模10、凹模13和擋塊16。兩個(gè)滑塊8位于固定架5的卡槽內(nèi)，并分別與所述卡槽的內(nèi)壁貼合。凸模10和凹模 13均位于兩個(gè)滑塊8之間，分別嵌入滑塊上的內(nèi)凹槽9中；凸模10的凸面與凹模13的凹面配合，并通過擋塊16將兩個(gè)滑塊8和嵌入滑塊上的內(nèi)凹槽9中的凸模10和凹模13固定在固定架5上。凸凹模具夾持試樣的夾持端，凸凹模具是嵌入兩滑塊8內(nèi)側(cè)壁的凹槽9內(nèi)， 卡槽的寬度與兩滑塊8的寬度相同，通過銷軸將試樣、凸凹模具和兩滑塊8定位連接。如圖5所示。固定架5整體呈圓柱體，其外圓表面為階梯狀。固定架5—端為小直徑端，該小直徑端的外圓表面有螺紋，用于將固定架5與拉伸試驗(yàn)機(jī)固連。固定架5的另一端中心有卡槽，用于安裝滑塊和模具?？ú圩怨潭?中部至該固定架另一端的端面。所述卡槽的槽口處的寬度小于卡槽的槽底，使該卡槽呈V形；卡槽的兩側(cè)內(nèi)壁表面與固定架5 的軸線之間的夾角均為9°。在固定架5的外圓表面，對稱的固定有4個(gè)擋塊，并且所述的 4個(gè)擋塊分為兩組，分別位于卡槽兩側(cè)壁處在固定架5 —側(cè)外圓表面，對稱的固定有2個(gè)擋塊16，并且所述的擋塊分別位于卡槽槽口的兩側(cè)。在固定架5另一側(cè)外圓表面，亦對稱的固定有2個(gè)擋塊，并且所述的擋塊分別位于卡槽槽口的兩側(cè)。如圖6所示。2個(gè)滑塊8的結(jié)構(gòu)相同?；瑝K8的一個(gè)表面為平面，另一個(gè)表面為斜面，并且該斜面的斜角為9°。在滑塊8的平面上有滑塊內(nèi)凹槽9，該滑塊內(nèi)凹槽9的外形尺寸以能夠分別將凹模13和凸模10嵌入為宜。在滑塊8長度方向和寬度方向的中心，有銷軸15的安裝孔，通過該銷軸15將滑塊8與凹模13和凸模10固連。
模具為矩形塊狀，包括凹模13和凸模10。凹模13的一個(gè)表面為平面，另一個(gè)表面為凹面；所述凹面的曲率與試樣外圓表面的曲率相同。凸模10的一個(gè)表面為平面，另一個(gè)表面為凸面；所述凸面的曲率與試樣內(nèi)圓表面的曲率相同。在凹模13和凸模10的長度方向中心與寬度方向中心的交匯點(diǎn)處，有銷軸15的安裝孔，并且該銷軸15安裝孔的位置與滑塊8上的銷軸15安裝孔的位置對應(yīng)。當(dāng)滑塊8裝入卡槽后，由于卡槽的兩側(cè)內(nèi)壁7光滑，能夠使滑塊8上下自由滑動， 同時(shí)卡槽6的V形形狀使向下滑動的兩個(gè)滑塊8不斷夾緊，并通過卡槽6邊緣處的四個(gè)擋塊16用于防止滑塊8沿固定架5的徑向移動，從而實(shí)現(xiàn)對試樣模具不斷夾緊，有效避免薄壁管材高溫拉伸試樣承力孔4處產(chǎn)生應(yīng)力集中、夾具不能夾緊試樣且定位不夠準(zhǔn)確和試驗(yàn)過程不穩(wěn)定等缺陷，同時(shí)操作簡單、定位準(zhǔn)確。整個(gè)試驗(yàn)需要兩個(gè)固定架5、四個(gè)相同的滑塊8、兩套凸凹模具、兩個(gè)銷軸15以及一個(gè)薄壁管高溫拉伸弧形試樣。本發(fā)明改進(jìn)的薄壁管高溫拉伸弧形試樣及設(shè)計(jì)的具有互鎖結(jié)構(gòu)的夾具相互配合使用，使針對薄壁管高溫拉伸試驗(yàn)獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)所表征的薄壁管試樣材料性能參數(shù)更加準(zhǔn)確。薄壁管材由于其壁厚薄，其高溫拉伸試驗(yàn)對試樣要求更高，如果采用現(xiàn)有技術(shù)中的熱拉伸弧形試樣，薄壁的高溫弧形拉伸試樣在高溫拉伸過程中容易出現(xiàn)標(biāo)距段過渡到凸臺的直角過渡段異常斷裂、承力孔失穩(wěn)起皺等缺陷，所以現(xiàn)有技術(shù)中的熱拉伸弧形試樣不適合于薄壁管材高溫拉伸試驗(yàn)；同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)機(jī)上的夾具不能保證對薄壁管高溫拉伸弧形試樣進(jìn)行準(zhǔn)確定位和保證夾持不松動，針對這些缺陷設(shè)計(jì)了具有互鎖結(jié)構(gòu)的用于高溫拉伸試驗(yàn)的夾具，本發(fā)明所述的用于高溫拉拉伸試驗(yàn)的夾具配合改進(jìn)后的薄壁管高溫拉伸弧形試樣可以保證獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確的反映試樣材料的性能參數(shù)。 本發(fā)明改進(jìn)的薄壁管高溫拉伸弧形試樣及設(shè)計(jì)的具有互鎖結(jié)構(gòu)的夾具具體的試驗(yàn)過程如下1、先將兩個(gè)固定架5緊固到拉伸試驗(yàn)機(jī)上，要求兩個(gè)固定架5的軸線在一條直線上，并且固定架5的槽口相互對齊對正。2、將兩個(gè)凸模10分別嵌入到兩個(gè)滑塊8中，然后將薄壁管高溫拉伸弧形試樣的一個(gè)夾持端內(nèi)弧面貼合一個(gè)凸模10，要求試樣的承力孔4的圓心與所貼合凸模10中央的貫通孔的圓心重合，然后將凹模13的凹模面貼合到試樣這一夾持端的凸弧面上，同樣要求試樣的承力孔4的圓心與所貼合凹模10中央的貫通孔的圓心重合，再用一個(gè)滑塊8嵌套住這個(gè)凹模13，這時(shí)兩滑塊8中央的圓心、凸凹模具中央的圓心和試樣這端夾持端的承力孔4的圓心是在一條直線上，形成一個(gè)長的貫通孔，用一個(gè)銷軸穿過這個(gè)貫通孔將兩滑塊8、凸凹模具和試樣固連。3、將薄壁管高溫拉伸弧形試樣的另一個(gè)夾持端內(nèi)弧面貼合另外一個(gè)凸模10，同樣要求試樣的承力孔4的圓心與所貼合凸模10中央的貫通孔的圓心重合，然后將另一個(gè)凹模 13的凹模面貼合到試樣這一夾持端的凸弧面上，要求試樣的承力孔4的圓心與所貼合凹模 10中央的貫通孔的圓心重合，再用一個(gè)滑塊8嵌套住這個(gè)凹模13，兩滑塊8中央的圓心、凸凹模具中央的圓心和試樣這端夾持端的承力孔4的圓心是在一條直線上，形成一個(gè)長的貫通孔，用另一個(gè)銷軸穿過這個(gè)貫通孔將兩滑塊8、凸凹模具和試樣固連。4、薄壁管高溫拉伸弧形試樣的兩個(gè)夾持端夾持好之后，先將夾持好的整體一端放入一個(gè)固定架5的卡槽內(nèi)，并且用固定架5上的四個(gè)擋塊16將其擋住，將四個(gè)擋塊16上的
6螺釘緊固即可。5、調(diào)整試驗(yàn)機(jī)的拉伸平臺，使兩固定架5之間的距離達(dá)到可以將夾持好的試樣整體的另一端放入另外一個(gè)固定架5的卡槽內(nèi)，同樣用固定架5上的四個(gè)擋塊16將其擋住， 將四個(gè)擋塊16上的螺釘緊固即可。6、通過上述步驟將試樣完整的夾持完畢，然后進(jìn)行加熱，達(dá)到設(shè)定的高溫溫度時(shí)進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)即可。
權(quán)利要求
1.一種用于薄壁管高溫拉伸試驗(yàn)的試樣，試樣的中部為標(biāo)距段O)，在試樣中部標(biāo)距段O)的兩端分別有兩個(gè)凸臺(1)；并且各端的兩個(gè)凸臺(1)分別位于試樣寬度的兩側(cè)邊上，試樣的兩端分別有承力孔；所述承力孔的圓心位于試樣長度方向的中心線上； 其特征在于，所述的標(biāo)距段⑵的寬度與位于試樣兩端的承力孔⑷的直徑相同；凸臺⑴ 與標(biāo)距段( 之間通過過渡圓弧C3)過渡，所述的過渡圓弧(3)的半徑為改進(jìn)前的同規(guī)格試樣的標(biāo)距段寬度與承力孔(4)直徑的差值的1/2。
2.一種用于權(quán)利要求1所述薄壁管高溫拉伸試驗(yàn)的試樣的夾具，其特征在于，所述薄壁管高溫拉伸試驗(yàn)的試樣的夾具包括固定架(5)、兩個(gè)滑塊(8)、凸模(10)、凹模(13)和四個(gè)擋塊(16)；兩個(gè)滑塊(8)位于固定架( 的卡槽內(nèi)，并分別與所述卡槽的內(nèi)壁貼合；凸模 (10)和凹模(13)均位于兩個(gè)滑塊⑶之間，分別嵌入滑塊上的內(nèi)凹槽(9)中；凸模(10)的凸面與凹模(1 的凹面配合，并通過四個(gè)擋塊(16)將兩個(gè)滑塊(8)固定在固定架( 上； 通過銷軸(1 將試樣、凸凹模具和兩滑塊(8)定位連接。
3.如權(quán)利要求2所述一種用于薄壁管高溫拉伸試驗(yàn)的試樣的夾具，其特征在于，固定架(5) —端與拉伸試驗(yàn)機(jī)固連；固定架(5)的另一端中心有用于安裝滑塊和模具的卡槽； 所述的卡槽兩側(cè)內(nèi)壁表面與固定架(5)的軸線之間的夾角均為9°。
4.如權(quán)利要求2所述一種用于薄壁管高溫拉伸試驗(yàn)的試樣的夾具，其特征在于，滑塊 ⑶斜面的斜角為9° ；在滑塊⑶的中心，有銷軸(15)的安裝孔。
5.如權(quán)利要求2所述一種用于薄壁管高溫拉伸試驗(yàn)的試樣的夾具，其特征在于，凹模 (13)的凹面的曲率與試樣外圓表面的曲率相同；凸模(10)的凸面的曲率與試樣內(nèi)圓表面的曲率相同；在凹模(13)和凸模(10)的中心有銷軸(15)的安裝孔；并且該銷軸(15)安裝孔的位置與滑塊(8)上的銷軸(15)安裝孔的位置對應(yīng)。
全文摘要
一種用于薄壁管高溫拉伸試驗(yàn)的試樣及夾具。所述試樣標(biāo)距段的寬度與位于試樣兩端的承力孔的直徑相同。凸臺與標(biāo)距段之間通過過渡圓弧過渡，所述的過渡圓弧的半徑為改進(jìn)前的同規(guī)格試樣的標(biāo)距段寬度與承力孔直徑的差值的1/2。所述夾具的兩個(gè)滑塊分別與卡槽的內(nèi)壁貼合；凸模和凹模均位于兩個(gè)滑塊之間，分別嵌入滑塊上的內(nèi)凹槽中。凸模的凸面與凹模的凹面配合，并通過擋塊將兩個(gè)滑塊固定在在固定架上。通過銷軸將試樣、凸凹模具和兩滑塊定位連接。本發(fā)明提出的試樣與夾具相互配合，能夠?qū)崿F(xiàn)薄壁管高溫拉伸弧形試樣在高溫拉伸試驗(yàn)中定位準(zhǔn)確、標(biāo)距段變形均勻穩(wěn)定和承力孔不發(fā)生失穩(wěn)起皺，從而使測得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確表征試樣材料的性能參數(shù)。
文檔編號G01N3/04GK102323140SQ20111023049
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者張志勇, 李恒, 楊合, 王澤康, 田玉麗 申請人:西北工業(yè)大學(xué)