專利名稱：棒材力學(xué)性能檢測用金具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種棒材力學(xué)性能檢測用金具。
背景技術(shù)：
纖維產(chǎn)業(yè)處于上升周期，市場前景廣闊。環(huán)氧樹脂/碳纖維復(fù)合材料是增強復(fù)合材料的重要分支，隨著碳纖維材料性能認知程度的加深，使碳纖維材料應(yīng)用不斷深入和廣泛。碳纖維復(fù)合材料由于自身特點，產(chǎn)品品質(zhì)一致性較金屬材料更不容易掌握。碳纖維符合材料應(yīng)用于電力輸送領(lǐng)域，除了需要考慮芯材及整個導(dǎo)線的機械、電氣和物理性能以外， 還要考慮其施工工藝性能、環(huán)境壽命等指標(biāo)，建立檢測方法及標(biāo)準(zhǔn)是推廣應(yīng)用的前提。碳纖維研發(fā)是集成工程，包含原材料、制造工藝、生產(chǎn)、試驗驗證、相關(guān)技術(shù)配套等環(huán)節(jié)。國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心開展碳纖維增強樹脂基復(fù)合棒材多根試件平行集束力學(xué)性能檢測研究，檢測研究中模擬實際使用條件開發(fā)專用金具，規(guī)范檢測方法。驗證了開發(fā)的專用金具滿足實驗要求；實驗方法可操作性較強，獲得數(shù)據(jù)可靠有效。目前應(yīng)用材料領(lǐng)域同體積、同重量、耐高/低溫性能、耐腐蝕等綜合條件比較，碳纖維復(fù)合型材料占據(jù)絕對優(yōu)勢。碳纖維復(fù)合棒材由于受到拉伸載荷和壓力載荷能力不匹配性，結(jié)構(gòu)受壓失穩(wěn)臨界值較低，在收到拉、壓交變應(yīng)力的時候表現(xiàn)出的材料異性。因此解決材料剛度問題以及探索新的設(shè)計理論將是重要的研究方向。其自身塑性變形能力可忽略不計的特點帶來型材曲撓半徑較大、抗剪切力差等特征，極大程度限制材料應(yīng)用推廣。由此在材料改性研究之外，開展碳纖維復(fù)合材料小截面集束法替代大截面單一材料研究是推廣應(yīng)用的有效途徑。該思路相較材料改性研究具有投入小、見效快、生產(chǎn)及投用成本較經(jīng)濟等優(yōu)勢。新型材料性能測試是推廣應(yīng)用的保障條件。并對應(yīng)用能起到開發(fā)指導(dǎo)作用。碳纖維材料應(yīng)用于電力行業(yè)的碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線具有強度大、載流量大、耐性性能好、線膨脹系數(shù)小、重量輕、耐腐蝕性能好等特點。碳纖維符合芯軟鋁導(dǎo)線具有弧垂隨溫度變化小、外徑小質(zhì)量、輸送大電流的能力等特點，是典型的品質(zhì)優(yōu)良增容導(dǎo)線品種之一。 該導(dǎo)線核心技術(shù)是碳纖維復(fù)合芯棒，復(fù)合芯棒的脆斷機理及處理措施，可靠性研究、運行檢測是今后研究的主要方向。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種棒材力學(xué)性能檢測用金具。本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種棒材力學(xué)性能檢測用金具，它包括基座、壓塊、芯棒和內(nèi)錐紋螺母，所述的基座其上部設(shè)有連接件，下部周圍均分多個卡槽，底面中心處設(shè)有內(nèi)螺孔；所述芯棒的上端與內(nèi)螺孔螺紋相連，且所述芯棒與基座的中心線重合，所述芯棒的外側(cè)面均分為多個形狀相同的凸面夾持區(qū)，每兩個凸面夾持區(qū)之間設(shè)有凸臺，所述的凸面夾持區(qū)的數(shù)量分別與卡槽和壓塊的數(shù)量相吻合；所述的壓塊通過其上部的卡頭與卡槽卡接在一起，所述的卡頭與卡槽的形狀相吻合；壓塊的內(nèi)側(cè)為凹面且與芯棒外側(cè)的凸面夾持區(qū)相對應(yīng)，且所述的壓塊和與之相對應(yīng)的凸面夾持區(qū)之間設(shè)有內(nèi)層襯墊和外層襯墊；所述的壓塊的下部外側(cè)面上設(shè)有外錐紋，多個壓塊相配合形成中空的下部具有外錐紋的倒錐臺體，所述的倒錐臺體與內(nèi)錐紋螺母相螺合。上述的棒材力學(xué)性能檢測用金具，其在于所述的倒錐臺體的內(nèi)徑出口成微型喇叭狀。上述的棒材力學(xué)性能檢測用金具，其在于所述的倒錐臺體內(nèi)壁的傾斜角度為 89. 2° < α < 90°。上述的棒材力學(xué)性能檢測用金具，其在于所述的卡槽、壓塊、凸面夾持區(qū)的數(shù)量分別為4個。上述的棒材力學(xué)性能檢測用金具，其在于所述的內(nèi)層襯墊和外層襯墊分別為紙張。上述的纖維復(fù)合棒材力學(xué)性能檢測用金具，其在于所述的卡槽和卡頭形狀為相對應(yīng)的十字形、燕尾形、T形或工字形。上述的棒材力學(xué)性能檢測用金具，其在于所述基座的連接件為扁平狀且中心開有圓孔。上述的棒材力學(xué)性能檢測用金具，其在于內(nèi)錐紋螺母的外表面設(shè)有刻度。本實用新型設(shè)計的棒材力學(xué)性能檢測用金具的使用方法為將多根試件穿過兩個內(nèi)錐紋螺母，然后將其兩端分別置于芯棒外側(cè)的凸面夾持區(qū)，試件與芯棒的凸面夾持區(qū)之間設(shè)有內(nèi)層襯墊，然后在試件外側(cè)設(shè)外層襯墊并安裝壓塊，將內(nèi)錐紋螺母螺合在多個壓塊相配合形成的中空倒錐臺體下部并旋轉(zhuǎn)擰緊。所述的外層襯墊保護和內(nèi)層襯墊保護分別為紙張。本實用新型的有益效果本次試驗在碳纖維應(yīng)用推廣檢測方面具有領(lǐng)先性。試驗用金具模擬試件實際投用條件進行設(shè)計，為投入應(yīng)用中的金具設(shè)計具有指導(dǎo)。本實用新型設(shè)計的棒材力學(xué)性能檢測用金具，用于檢測棒材的力學(xué)性能，該金具和使用方法通過試驗驗證了獲取的數(shù)據(jù)真實反映了紙件的力學(xué)性能。本實用新型研發(fā)的棒材力學(xué)性能檢測用金具。用于檢測棒材的力學(xué)性能，通過試驗驗證了該種金具可操作型強，制備簡便。利用金具獲取的試件力學(xué)性能數(shù)據(jù)可靠；對試件特別是碳纖維實際投用具有重要的指導(dǎo)意義。本實用新型研發(fā)的試驗用握裹式金具基座和壓塊結(jié)構(gòu)卡槽配合部分能夠使試件有效夾持且不會軸線和徑向位移；本實用新型研發(fā)的金具壓塊內(nèi)徑的微型喇叭口設(shè)計保證試件可靠夾持同時避免產(chǎn)生應(yīng)力集中，保障試驗?zāi)軌颢@取可采信的數(shù)據(jù)；本實用新型金具的芯棒由凸臺結(jié)構(gòu)形成的分區(qū)設(shè)計對試件在裝配過程中有定位作用，保證裝配精度。本實用新型金具的襯墊層，能夠有效保護試件，并改善試驗固有的不利因素，保障獲取的數(shù)據(jù)可靠；本實用新型的金具除適用于碳纖維材料外，還適用于玻璃纖維復(fù)合材料等無彈性材料多試件力學(xué)性能試驗，對材料力學(xué)性能試驗具有指導(dǎo)意義。
圖1為基座結(jié)構(gòu)圖。其中A-正視圖；B-側(cè)視圖；C-仰視圖；D-俯視圖；E-縱向剖面圖。圖2為壓塊結(jié)構(gòu)圖。其中F-正視圖；G-側(cè)視圖；H-4個壓塊拼合在一起的俯視圖。圖3為芯棒的結(jié)構(gòu)圖及其在A-A截面上的截面圖。圖4為內(nèi)錐形螺紋螺母的正視圖和俯視圖。其中F-正視圖；I-俯視圖。圖5為安裝有芯棒的基座剖面結(jié)構(gòu)圖、安裝壓塊的局剖安裝圖、安裝好壓塊與內(nèi)錐紋螺紋螺母的結(jié)構(gòu)圖和D-D面壓塊與芯棒結(jié)構(gòu)的放大俯視圖。其中J-安裝有芯棒的基座剖面結(jié)構(gòu)圖；K-安裝壓塊的局剖安裝圖；L-安裝好壓塊和內(nèi)錐紋螺紋螺母的結(jié)構(gòu)圖；D-D面壓塊與芯棒結(jié)構(gòu)的放大俯視圖。圖6為壓塊內(nèi)徑微型喇叭口設(shè)計示意圖。圖7為裝載試件的金具安裝結(jié)構(gòu)圖、相對應(yīng)的局剖圖及其試件和所有配件安裝完畢的金具結(jié)構(gòu)圖。其中M-裝載試件的金具安裝結(jié)構(gòu)圖；N-與金具安裝結(jié)構(gòu)圖相對應(yīng)的局剖圖；0-試件與所有配件安裝完畢的金具結(jié)構(gòu)圖。圖8為圖7中N圖在B-B面上的放大俯視圖。圖9為圖7中0圖在C-C面上的放大俯視圖。
具體實施方式
一種棒材力學(xué)性能檢測用金具，它包括基座1、壓塊2、芯棒3和內(nèi)錐紋螺母4，如圖 1所示，所述的基座1其上部設(shè)有連接件13，下部周圍均分多個卡槽8，底面中心處設(shè)有內(nèi)螺孔9 ；如圖3和圖5所示，所述芯棒3的上端與內(nèi)螺孔9螺紋相連，且所述芯棒3與基座 1的中心線重合，所述芯棒3的外側(cè)面均分為多個形狀相同的凸面夾持區(qū)11，每兩個凸面夾持區(qū)11之間設(shè)有凸臺12，所述的凸面夾持區(qū)11的數(shù)量分別與卡槽8和壓塊2的數(shù)量相吻合；如圖2和圖5所示，所述的壓塊2通過其上部的卡頭10與卡槽8卡接在一起，所述的卡頭10與卡槽8的形狀相吻合；壓塊2的內(nèi)側(cè)為凹面且與芯棒3外側(cè)的凸面夾持區(qū)11相對應(yīng)，且所述的壓塊2和與之相對應(yīng)的凸面夾持區(qū)11之間設(shè)有內(nèi)層襯墊6和外層襯墊5(如圖6所示)；所述的壓塊2的下部外側(cè)面上設(shè)有外錐紋14 (如圖2-F所示)，多個壓塊2相配合形成中空的下部具有外錐紋的倒錐臺體，所述的倒錐臺體與內(nèi)錐紋螺母4相螺合(如圖2-H和圖5-L所示)。所述的倒錐臺體的內(nèi)徑出口成微型喇叭狀，其內(nèi)壁的傾斜角度為 89.2° < α <90°。內(nèi)錐紋螺母4的外表面設(shè)有刻度。所述的卡槽8和卡頭10形狀為相對應(yīng)的十字形、燕尾形、T形或工字形。所述的卡槽8、壓塊4、凸面夾持區(qū)11的數(shù)量分別優(yōu)選為4個。所述基座1的連接件13為扁平狀且中心開有圓孔。所述的內(nèi)層襯墊6和外層襯墊5分別為紙張?；?上部的連接件13是拉力試驗機夾持部分，將所述的連接件13設(shè)計為扁平狀且中心開有圓孔，可方便拉力試驗機夾持且容易加工和節(jié)省材料。下部是芯棒3和壓塊2安裝基體?；?裝配工作面上均分的卡槽8和壓塊2上部與之形狀相吻合的卡頭10卡接在一起，起到導(dǎo)向和承受拉伸應(yīng)力作用。芯棒3上端用螺紋結(jié)構(gòu)裝配在基座1上，其中心線與基座1重合。芯棒外徑上均分為4個凸面夾持區(qū)，每區(qū)可夾持8根試件7，兩區(qū)間有凸臺 12對試件組進行徑向定位，保證試件7在裝夾過程中不會產(chǎn)生徑向位移。壓塊2是整體車削成型后線切割成多塊，切割出合適的間隙作為滑移空間。所述的壓塊2的下部外側(cè)面設(shè)有外錐紋14 (如圖2-F所示)，多個壓塊2相配合形成中空的下部具有外錐紋的倒錐臺體， 所述的倒錐臺體與內(nèi)錐紋螺母4相螺合(如圖2-H和圖5-L所示)。所述的倒錐臺體的內(nèi)徑出口成微型喇叭狀，其內(nèi)壁的傾斜角度為89. 2° < α <90° (如圖6所示)。該設(shè)計可避免試件夾持后產(chǎn)生應(yīng)力集中。在實施試驗過程中驗證了該設(shè)計能達到預(yù)期作用。壓塊2 在基座1的卡槽8導(dǎo)向作用下對應(yīng)芯棒凸面夾持區(qū)11，利用內(nèi)錐紋螺母4旋轉(zhuǎn)施加夾持握力，螺母外表面的刻度讀數(shù)通過公式計算出壓塊軸向移動距離，結(jié)合試驗積累的經(jīng)驗?zāi)軌驕?zhǔn)確判斷出試件是否有效被夾持。本實驗試件7為Φ Imm碳纖維/樹脂復(fù)合棒材，試件長350士 10mm，樹脂層厚度 0. 2-0. 3mm (以下簡稱試件)。如圖7、圖8和圖9所示，所述的卡槽8、壓塊4、凸面夾持區(qū)11的數(shù)量分別為4個， 采用32根試件3進行力學(xué)性能檢測。采用棒材力學(xué)性能檢測用金具的使用方法為，將32 根試件7穿過兩個內(nèi)錐紋螺母4，然后將其兩端分別置于芯棒3外側(cè)的凸面夾持區(qū)11，每區(qū)可夾持8根試件7，試件7與芯棒3的凸面夾持區(qū)11設(shè)有內(nèi)層襯墊6，然后在試件7外側(cè)設(shè)外層襯墊5并安裝壓塊2，將內(nèi)錐紋螺母4螺合在多個壓塊2相配合形成的中空倒錐臺體下部并旋轉(zhuǎn)擰緊。然后將裝配好試件7的兩組金具基座1的連接件13夾持在拉力試驗機中進行后續(xù)的力學(xué)性能檢測試驗，所采用的拉力試驗機為UTM5305-300kN微機控制電子萬能試驗機(生產(chǎn)廠家深圳三思縱橫科技股份有限公司)。外層襯墊保護5和內(nèi)層襯墊保護6 為紙張。試驗實施中，試件7需要用襯墊進行保護，不能直接與金具的芯棒3和壓塊2接觸，試驗結(jié)果表明內(nèi)層襯墊6和外層襯墊5用紙張效果最好。內(nèi)層襯墊6和外層襯墊5在夾持握力作用下起到鑲嵌試件作用，避免試件被剛性夾持截面產(chǎn)生急劇變化。試件達到拉伸應(yīng)力極限被破斷時，產(chǎn)生的抖動傳遞到被夾持部分，剛性固定會使抖動在鉗口處形成剪力產(chǎn)生二次斷裂，襯墊層的另一個重要作用是吸收試件抖動避免二次斷裂，這個作用在實際使用具有重要意義。本實用新型設(shè)計的金具整體采用高強度模具鋼機械加工成型，除螺母外其余部件硬度達到RHV56度以上，表面光潔度0. 8，配合部件公差0. 001mm。試驗實施模擬實際使用條件使32根試件環(huán)形分布在直徑12. 6mm的芯棒外側(cè)。本實用新型設(shè)計的金具除適用于碳纖維材料外，還適用于玻璃纖維、凱夫拉纖維等復(fù)合無彈性材料多試件力學(xué)性能試驗。
權(quán)利要求1.一種棒材力學(xué)性能檢測用金具，其特征在于它包括基座(1)、壓塊( 、芯棒C3)和內(nèi)錐紋螺母G)，所述的基座(1)其上部設(shè)有連接件(13)，下部周圍均分多個卡槽(8)，底面中心處設(shè)有內(nèi)螺孔(9)；所述芯棒(3)的上端與內(nèi)螺孔(9)螺紋相連，且所述芯棒C3)與基座 (1)的中心線重合，所述芯棒C3)的外側(cè)面均分為多個形狀相同的凸面夾持區(qū)(11)，每兩個凸面夾持區(qū)(11)之間設(shè)有凸臺(12)，所述的凸面夾持區(qū)(11)的數(shù)量分別與卡槽(8)和壓塊O)的數(shù)量相吻合；所述的壓塊( 通過其上部的卡頭(10)與卡槽(8)卡接在一起，所述的卡頭(10)與卡槽(8)的形狀相吻合；壓塊(2)的內(nèi)側(cè)為凹面且與芯棒(3)外側(cè)的凸面夾持區(qū)(11)相對應(yīng)，且所述的壓塊( 和與之相對應(yīng)的凸面夾持區(qū)(11)之間設(shè)有內(nèi)層襯墊(6)和外層襯墊(5)；所述的壓塊( 的下部外側(cè)面上設(shè)有外錐紋(14)，多個壓塊(2)相配合形成中空的下部具有外錐紋的倒錐臺體，所述的倒錐臺體與內(nèi)錐紋螺母(4)相螺合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棒材力學(xué)性能檢測用金具，其特征在于所述的倒錐臺體的內(nèi)徑出口成微型喇叭狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的棒材力學(xué)性能檢測用金具，其特征在于所述的倒錐臺體內(nèi)壁的傾斜角度為89. 2°彡α <90°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棒材力學(xué)性能檢測用金具，其特征在于所述的卡槽(8)、壓塊 G)、凸面夾持區(qū)(11)的數(shù)量分別為4個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棒材力學(xué)性能檢測用金具，其特征在于所述的內(nèi)層襯墊(6) 和外層襯墊( 分別為紙張。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維復(fù)合棒材力學(xué)性能檢測用金具，其特征在于所述的卡槽 (8)和卡頭(10)形狀為相對應(yīng)的十字形、燕尾形、T形或工字形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棒材力學(xué)性能檢測用金具，其特征在于所述基座(1)的連接件(13)為扁平狀且中心開有圓孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棒材力學(xué)性能檢測用金具，其特征在于內(nèi)錐紋螺母的外表面設(shè)有刻度。
專利摘要本實用新型公開了一種棒材力學(xué)性能檢測用金具，它包括基座、壓塊、芯棒和內(nèi)錐紋螺母，所述的芯棒上端與基座螺紋相連，所述的壓塊通過其上部的卡頭與基座上的卡槽卡接在一起，壓塊的內(nèi)側(cè)為凹面且與芯棒外側(cè)的凸面夾持區(qū)相對應(yīng)，且所述的壓塊和與之相對應(yīng)的凸面夾持區(qū)之間設(shè)有內(nèi)層襯墊和外層襯墊；多個壓塊相配合形成中空的倒錐臺體，倒錐臺體的下部設(shè)有外錐紋與內(nèi)錐紋螺母螺合。本實用新型設(shè)計的棒材力學(xué)性能檢測用金具及其使用方法，用于檢測棒材的力學(xué)性能，通過試驗驗證了該種金具可操作型強，制備簡便。利用金具獲取的試件力學(xué)性能數(shù)據(jù)可靠。
文檔編號G01N3/04GK202210055SQ20112028798
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者佟海祥, 李欣 申請人:江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院