高硬度板狀試樣疲勞試驗(yàn)用復(fù)合夾具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及疲勞試驗(yàn)設(shè)備，具體地指一種高硬度板狀試樣疲勞試驗(yàn)用復(fù)合夾具。
【背景技術(shù)】
[0002]疲勞破壞是機(jī)械部件早期失效的主要形式，據(jù)統(tǒng)計(jì)有80%以上零部件失效是由疲勞引起的，因而研宄金屬材料的疲勞強(qiáng)度和推廣疲勞設(shè)計(jì)，對(duì)提高金屬機(jī)械產(chǎn)品的使用可靠性和使用壽命有著十分重要的意義。另外，隨著市場(chǎng)上對(duì)板狀材料的需求日益增加，以及對(duì)安全性能的要求越來(lái)越高，金屬板狀材料的疲勞實(shí)驗(yàn)也越來(lái)越受到重視，試驗(yàn)量也越來(lái)越大。
[0003]由于疲勞試驗(yàn)中試樣的平行度和同軸度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響很大，因此在疲勞試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3075-2008中對(duì)試驗(yàn)機(jī)夾持提出了較高的要求。然而，隨著近年來(lái)耐磨鋼等高硬度、高強(qiáng)度鋼材的不斷開(kāi)發(fā)和改良，造成其疲勞性能試驗(yàn)的難度也越來(lái)越大。在板狀試樣疲勞試驗(yàn)中，現(xiàn)有的夾具主要存在如下缺陷:一方面現(xiàn)有的夾具表面強(qiáng)度不足，高硬度鋼試樣的強(qiáng)度已超過(guò)夾具表面能承受的硬度范圍，在試驗(yàn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)夾具被試樣破壞的情況，導(dǎo)致載荷無(wú)法正常加載，試驗(yàn)被迫中止；另一方面現(xiàn)有的夾具費(fèi)用高，使用壽命短，降低了工作效率。因此，在進(jìn)行高硬度鋼品種開(kāi)發(fā)時(shí)，需要一種能夠耐受高硬度試樣的新型復(fù)合夾具，以避免由于現(xiàn)有夾具表面損壞而降低測(cè)量試驗(yàn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的就是要提供一種高硬度板狀試樣疲勞試驗(yàn)用復(fù)合夾具。該復(fù)合夾具通過(guò)設(shè)置高強(qiáng)度的外包層結(jié)構(gòu)，可顯著提高夾具表面能承受的硬度范圍，既能有效避免高硬度鋼在疲勞試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)損壞夾具表面的現(xiàn)象，提高疲勞試驗(yàn)的效率，又可以降低夾具的綜合成本，同時(shí)避免全部采用剛度極大的高強(qiáng)硬質(zhì)模具鋼帶來(lái)的振動(dòng)加劇，延長(zhǎng)使用壽命。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的高硬度板狀試樣疲勞試驗(yàn)用復(fù)合夾具，包括呈對(duì)稱布置用于夾持板狀試樣的一對(duì)夾塊，所述夾塊具有高強(qiáng)硬質(zhì)模具鋼材料的外包層和普通模具鋼材料的內(nèi)襯塊，所述外包層由承受試樣動(dòng)態(tài)摩擦力的側(cè)面夾持層和承受螺釘動(dòng)態(tài)約束反力的斜面定位層構(gòu)成斜V型溝槽結(jié)構(gòu)，所述斜面定位層上均布有螺釘定位孔；所述內(nèi)襯塊具有不規(guī)則的四棱柱結(jié)構(gòu)，其與所述側(cè)面夾持層和斜面定位層構(gòu)成的斜V型溝槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)輪廓形狀對(duì)應(yīng)、且嵌置復(fù)合為一個(gè)剛性整體。
[0006]作為優(yōu)選方案，所述側(cè)面夾持層和斜面定位層的厚度為夾塊整體同方向厚度的1/5?1/4，最佳地，所述側(cè)面夾持層和斜面定位層的厚度為0.5?1cm。
[0007]進(jìn)一步地，所述側(cè)面夾持層和斜面定位層的外表面結(jié)合處夾角α為銳角，從而能讓夾塊和試樣，以及夾塊和定位螺釘配合得更緊密。所述側(cè)面夾持層和斜面定位層的內(nèi)表面結(jié)合處是半徑為R的過(guò)渡圓弧，從而可以避免由于內(nèi)外材料不一致以及動(dòng)態(tài)載荷作用導(dǎo)致應(yīng)力集中的問(wèn)題。
[0008]進(jìn)一步地，所述銳角α =30?45°，所述過(guò)渡圓弧的半徑R為側(cè)面夾持層或斜面定位層厚度的1/3?1/2。
[0009]進(jìn)一步地，所述外包層為Crl2MoV模具鋼材料的外包層，所述內(nèi)襯塊為420模具鋼材料的內(nèi)襯塊，從而既可顯著提高夾具表面的硬度和耐磨性，有效避免在疲勞試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)夾具表面損壞的現(xiàn)象，提高疲勞試驗(yàn)的效率，又可以節(jié)省整個(gè)夾具的成本。
[0010]更進(jìn)一步地，所述側(cè)面夾持層的工作面為滾花處理表面，從而增加了夾塊和試樣的相對(duì)摩擦力，使得夾持效果更好。
[0011 ] 再進(jìn)一步地，所述螺釘定位孔的數(shù)量為4?6個(gè)，從而能使夾塊受力更加充分和均勻。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0013]其一，本實(shí)用新型的夾塊由外包層和內(nèi)襯塊組成復(fù)合結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)置高強(qiáng)度的外包層結(jié)構(gòu)顯著提高了夾具表面的鋼硬度和耐磨性，將避免在疲勞試驗(yàn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)夾具表面破壞的現(xiàn)象，能夠提尚疲勞試驗(yàn)的效率。
[0014]其二，本實(shí)用新型采用分層選材，外包層采用高強(qiáng)硬質(zhì)模具鋼材料制成，內(nèi)襯塊采用普通模具鋼材料制成，既可以降低夾具綜合成本，同時(shí)避免了全部采用剛度極大的高強(qiáng)硬質(zhì)模具鋼帶來(lái)的振動(dòng)加劇，從而減緩?qiáng)A具表面的損壞。
[0015]其三，本實(shí)用新型中側(cè)面夾持層和斜面定位層的內(nèi)表面結(jié)合處采用過(guò)渡圓弧，可以避免由于內(nèi)外層材料不一致以及動(dòng)態(tài)載荷作用導(dǎo)致的應(yīng)力集中問(wèn)題，延長(zhǎng)夾具使用壽命O
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的高硬度板狀試樣疲勞試驗(yàn)用復(fù)合夾具的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為圖1所示復(fù)合夾具的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為圖2的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本實(shí)用新型的使用狀態(tài)示意圖；
[0020]圖中:夾塊1、外包層2 (其中:側(cè)面夾持層2a、斜面定位層2b、螺釘定位孔2c)、內(nèi)襯塊3、試樣4。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]圖中所示的高硬度板狀試樣疲勞試驗(yàn)用復(fù)合夾具，包括呈對(duì)稱布置用于夾持板狀試樣4的一對(duì)夾塊1，夾塊I由外包層2和內(nèi)襯塊3組成復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中外包層2采用高強(qiáng)硬質(zhì)模具鋼材料制成，內(nèi)襯塊3采用普通模具鋼材料制成。外包層2由承受試樣動(dòng)態(tài)摩擦力的側(cè)面夾持層2a和承受螺釘動(dòng)態(tài)約束反力的斜面定位層2b構(gòu)成斜V型溝槽結(jié)構(gòu)，斜面定位層2b上均布有螺釘定位孔2c ;內(nèi)襯塊3具有不規(guī)則的四棱柱結(jié)構(gòu)，其與側(cè)面夾持層2a和斜面定位層2b構(gòu)成的斜V型溝槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)輪廓形狀對(duì)應(yīng)、且嵌置復(fù)合為一個(gè)剛性整體。
[0023]本實(shí)施例中，側(cè)面夾持層2a和斜面定位層2b的厚度為夾塊I整體同方向厚度的1/5?1/4，具體地為0.5?1cm。側(cè)面夾持層2a和斜面定位層2b的外表面結(jié)合處夾角α為銳角，銳角α = 30?45°，從而有利于讓夾塊I和試樣4，以及夾塊I和定位螺釘貼合的更緊密。側(cè)面夾持層2a和斜面定位層2b的內(nèi)表面結(jié)合處是半徑為R的過(guò)渡圓弧，R為側(cè)面夾持層2a或斜面定位層2b厚度的1/3?1/2，從而避免了由于內(nèi)外層材料不一致以及動(dòng)態(tài)載荷作用導(dǎo)致應(yīng)力集中的問(wèn)題。側(cè)面夾持層2a的工作面為滾花處理表面，從而增加了夾塊I和試樣4的相對(duì)摩擦力，達(dá)到更好的夾持效果。螺釘定位孔2c的數(shù)量為4?6個(gè)，從而能使夾塊I受力更加充分和均勻。
[0024]在上述實(shí)施例中，外包層2采用Crl2MoV模具鋼材料制成，內(nèi)襯塊3為420模具鋼材料制成。外包層2的熱處理工藝為970°C淬火后，進(jìn)行200°C回火保持2小時(shí)，熱處理后對(duì)外表面采取噴丸強(qiáng)化，使得外包層2的硬度比內(nèi)襯塊3高，從而顯著提高了夾具表面的鋼硬度和耐磨性。當(dāng)夾塊I夾持試樣4 一起進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)時(shí)，在長(zhǎng)期處于強(qiáng)烈的振動(dòng)過(guò)程中，如果夾塊I全部采用剛度極大的高強(qiáng)硬質(zhì)模具鋼則必然加劇夾具振動(dòng)，使用壽命則會(huì)下降；如果夾塊I全部采用剛度相對(duì)較小的普通模具鋼，則夾塊I內(nèi)部與高硬度鋼試樣4的接觸部分會(huì)出現(xiàn)表面破壞的情況，因此夾塊I采用復(fù)合結(jié)構(gòu)能避免上述兩種不良情況的發(fā)生。
[0025]本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下:在進(jìn)行疲勞試驗(yàn)時(shí)，首先根據(jù)測(cè)試需要選取與試樣和試驗(yàn)機(jī)配套的兩對(duì)復(fù)合夾具。然后，將兩對(duì)夾具分別放置于試驗(yàn)機(jī)的上下夾具槽內(nèi)，把所有螺釘松開(kāi)，沿夾塊的長(zhǎng)度方向平行方向推入夾具槽。將試樣4放置于兩對(duì)夾具間，并進(jìn)行對(duì)中，然后穿過(guò)螺釘定位孔旋緊上下定位螺釘。試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)機(jī)的上機(jī)架固定不動(dòng)，下機(jī)架在電磁力帶動(dòng)下做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，板狀試樣在夾具夾持的狀態(tài)下，由下機(jī)架帶來(lái)的載荷進(jìn)行拉伸加載、減載往復(fù)循環(huán)。施加的是循環(huán)變化的載荷，隨著循環(huán)次數(shù)的不斷增加，試樣中間最窄部位裂紋逐漸擴(kuò)張，最終導(dǎo)致斷裂。當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，松開(kāi)定位螺釘，將試樣4從夾具中取出，更換后續(xù)試樣重復(fù)上述步驟，即可開(kāi)始后續(xù)試驗(yàn)。
[0026]以上所述，僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高硬度板狀試樣疲勞試驗(yàn)用復(fù)合夾具，包括呈對(duì)稱布置用于夾持板狀試樣(4)的一對(duì)夾塊(I)，其特征在于:所述夾塊(I)具有高強(qiáng)硬質(zhì)模具鋼材料的外包層(2)和普通模具鋼材料的內(nèi)襯塊(3)，所述外包層(2)由承受試樣動(dòng)態(tài)摩擦力的側(cè)面夾持層(2a)和承受螺釘動(dòng)態(tài)約束反力的斜面定位層(2b)構(gòu)成斜V型溝槽結(jié)構(gòu)，所述斜面定位層(2b)上均布有螺釘定位孔(2c);所述內(nèi)襯塊(3)具有不規(guī)則的四棱柱結(jié)構(gòu)，其與所述側(cè)面夾持層(2a)和斜面定位層(2b)構(gòu)成的斜V型溝槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)輪廓形狀對(duì)應(yīng)、且嵌置復(fù)合為一個(gè)剛性整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硬度板狀試樣疲勞試驗(yàn)用復(fù)合夾具，其特征在于:所述側(cè)面夾持層(2a)和斜面定位層(2b)的厚度為夾塊(I)整體同方向厚度的1/5?1/4。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硬度板狀試樣疲勞試驗(yàn)用復(fù)合夾具，其特征在于:所述側(cè)面夾持層(2a)和斜面定位層(2b)的厚度為0.5?1cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高硬度板狀試樣疲勞試驗(yàn)用復(fù)合夾具，其特征在于:所述側(cè)面夾持層(2a)和斜面定位層(2b)的外表面結(jié)合處夾角α為銳角，所述側(cè)面夾持層(2a)和斜面定位層(2b)的內(nèi)表面結(jié)合處是半徑為R的過(guò)渡圓弧。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高硬度板狀試樣疲勞試驗(yàn)用復(fù)合夾具，其特征在于:所述銳角α =30?45°，所述過(guò)渡圓弧的半徑R為側(cè)面夾持層(2a)或斜面定位層(2b)厚度的1/3 ?1/2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高硬度板狀試樣疲勞試驗(yàn)用復(fù)合夾具，其特征在于:所述外包層(2)為Crl2MoV模具鋼材料的外包層，所述內(nèi)襯塊(3)為420模具鋼材料的內(nèi)襯塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高硬度板狀試樣疲勞試驗(yàn)用復(fù)合夾具，其特征在于:所述側(cè)面夾持層(2a)的工作面為滾花處理表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高硬度板狀試樣疲勞試驗(yàn)用復(fù)合夾具，其特征在于:所述螺釘定位孔(2c)的數(shù)量為4?6個(gè)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高硬度板狀試樣疲勞試驗(yàn)用復(fù)合夾具，包括呈對(duì)稱布置用于夾持板狀試樣的一對(duì)夾塊，所述夾塊具有高強(qiáng)硬質(zhì)模具鋼材料的外包層和普通模具鋼材料的內(nèi)襯塊，所述外包層由承受試樣動(dòng)態(tài)摩擦力的側(cè)面夾持層和承受螺釘動(dòng)態(tài)約束反力的斜面定位層構(gòu)成斜V型溝槽結(jié)構(gòu)，所述斜面定位層上均布有螺釘定位孔；所述內(nèi)襯塊具有不規(guī)則的四棱柱結(jié)構(gòu)，其與所述側(cè)面夾持層和斜面定位層構(gòu)成的斜V型溝槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)輪廓形狀對(duì)應(yīng)、且嵌置復(fù)合為一個(gè)剛性整體。該復(fù)合夾具通過(guò)設(shè)置高硬度的外包層結(jié)構(gòu)，既能有效避免高硬度鋼在疲勞試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)損壞夾具表面的現(xiàn)象，提高疲勞試驗(yàn)的效率，又能降低夾具的綜合成本。
【IPC分類】G01N3-04
【公開(kāi)號(hào)】CN204575438
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520330588
【發(fā)明人】薛歡, 陳士華, 吳立新, 葛銳, 馬玉喜
【申請(qǐng)人】武漢鋼鐵(集團(tuán))公司
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年5月20日