金属管材轴向疲劳试验用夹具的制作方法

1.本实用新型涉及材料力学性能测试技术领域，尤其是涉及一种金属管材轴向疲劳试验用夹具。


背景技术：

2.金属管材在不同行业和不同设备中被用于输送燃油、液压、气体或者其它介质，典型的如飞机构造中的管路连接件，相当于飞机的血管，在整个系统中起到连接和密封作用，研究管材的疲劳行为，积累疲劳强度数据，对于飞机的安全设计具有重要的意义。
3.目前对管材疲劳性能测试方法包括：从管材上切取轴向弧形试样进行疲劳性能测试，或者将管材展平然后切取板状试样进行疲劳测试。如公告号为cn203148777u公布了一种金属薄壁管材疲劳试验夹具，但使用该夹具只能从管材上切取轴向弧形试样进行试验。该类方法无法反映管材实际形状和尺寸因素对疲劳性能的影响。
4.目前关于整段管材进行疲劳试验的相关文献较少。公告号为cn104390856b的专利，公开了一种金属薄壁全段管材轴向拉压疲劳试验夹具，该夹具包括多层次的螺栓连接如芯套与固定架螺纹连接、外夹套与固定架螺纹连接以及夹具最外侧锁紧螺母与固定架连接等，多层螺栓连接容易导致疲劳试样中心与试验机加载轴线偏离，即容易导致试样同轴度不满足试验要求，可能导致试验结果不准确。公告号为cn212780251u的专利公开了一种管材疲劳试验夹具，该夹具将塞入管材内的管塞与试验机直接相连，容易导致试验过程中管塞与试样内壁之间产生循环往复的摩擦，进而导致摩擦部位成为容易失效的部位，从而不能得出管材实际的疲劳性能。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种金属管材轴向疲劳试验用夹具，解决现有管材疲劳试验的不足，实现对整段金属管材进行疲劳试验，并保证试样同轴度满足试验要求。
6.本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种金属管材轴向疲劳试验用夹具，包括用于夹持金属管材的上拉组件与下拉组件，所述的上拉组件与下拉组件结构一致包括连接试验机的固定座、与固定座连接的夹块座、位于所述夹块座中间的楔形孔、设置于楔形孔内的夹块，所述的夹块设置至少两个且均匀分布在楔形孔内，所述的固定座与夹块座之间的距离可调，在所述的固定座与夹块之间设置有支撑件；所述的夹块一侧为斜面并与楔形孔的楔形面配合，与所述斜面相对的另一侧面上设置弧形槽，所述金属管材被夹持在多个弧形槽组成的圆弧内。
7.进一步具体的，所述的支撑件一端固定在固定座上，另一端抵在夹块上。
8.进一步具体的，所述的支撑件的数量与夹块的数量一致且一一对应。
9.进一步具体的，所述的支撑件包括设置于固定座上的支撑螺纹孔以及固定于支撑螺纹孔上的支撑螺栓。
10.进一步具体的，在所述的夹块斜面两侧的侧面上设置有台阶。
11.进一步具体的，在所述的夹块的斜面靠近顶部的位置设置有直面。
12.进一步具体的，在所述的固定座上设置至少三个光孔且均匀分布，在所述的夹块座上设置有调节螺纹孔，所述的调节螺纹孔的数量与光孔的数量一致且一一对应，在对应的所述光孔与调节螺纹孔上设置调节螺栓。
13.进一步具体的，所述的固定座包括圆盘体以及设置于圆盘体上的连接轴，所述的连接轴与试验机连接，所述的光孔设置于圆盘体上。
14.进一步具体的，在所述的弧形槽的内表面设置用于增加摩擦力的粗糙面。
15.进一步具体的，所述的楔形孔的孔形为长方形，其横截面为等腰梯形。
16.本实用新型的有益效果是：本实用新型可以满足不同管径的整段管材进行轴向疲劳试验，包括室温试验和高温试验；通过调整夹块在楔形孔中的位置而调整夹块之间间隙大小，以保证夹块夹紧管材，避免由于管材外径尺寸存在误差造成夹块与管材配合不良造成应力集中。
附图说明
17.图1是本实用新型轴向疲劳试验夹具的组装结构示意图；
18.图2是图1的剖视结构示意图；
19.图3是本实用新型上拉组件与下拉组件的结构示意图；
20.图4是本实用新型固定座的结构示意图；
21.图5是本实用新型夹块座的结构示意图；
22.图6是本实用新型夹块的结构示意图。
23.图中：1、上拉组件；2、下拉组件；3、金属管材；11、固定座；12、夹块座；13、夹块；14、调节螺栓；15、支撑螺栓；111、圆盘体；112、连接轴；113、光孔；114、支撑螺纹孔；121、楔形孔；122、调节螺纹孔；131、斜面；132、弧形槽；133、直面；134、台阶。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的
技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
27.如图1所示一种金属管材轴向疲劳试验用夹具，包括用于夹持金属管材3的上拉组件1与下拉组件2，在使用过程中在金属管材3的两端部分别塞入一个堵头，上拉组件1夹持住金属管材3的一端，下拉组件2夹持住金属管材3的另一端，通过塞入堵头既能够方便夹持，又不会对金属管材3的形状造成破坏；堵头可采用强度级别低于金属管材3的钢铁材料制作，也可以采用铝合金或其它硬度小于金属管材3的材料制作。
28.如图1-图6所示上拉组件1与下拉组件2结构一致，包括连接试验机的固定座11、与固定座11连接的夹块座12、位于所述夹块座12中间的楔形孔121、设置于楔形孔121内的夹块13，所述的夹块13设置至少两个且均匀分布在楔形孔121内，该楔形孔121根据需要其结构可以多样，例如圆形楔形孔、长方形楔形孔，在本方案中采用长方形楔形孔即位于夹块座12顶部与底部的形状均为长方形，其中靠近固定座11的长方形大于远离固定座11的长方形，同时该楔形孔121的轴向横截面为等腰梯形；在本方案中夹块13为两个分别相对设置，保证夹块13一侧为斜面131，该斜面131与楔形孔121的楔形面(等腰梯形的腰)配合，而与斜面131相对的另一侧为弧形槽132，两个弧形槽132组成不完全的圆弧，刚好能够将金属管材3夹持在内部，当需要增加对金属管材3的夹持力度，只需要将两个夹块13顺着楔形面向下推动，两个夹块13实现相向运动夹紧金属管材3，在使用过程中，两个夹块13之间不会发生接触从而保证一直处于夹紧状态；进一步在制作夹块13时，弧形槽132用电火花打出粗糙面，用于增加夹块13与金属管材3之间的摩擦力，降低滑动的风险；当针对不同管径的金属管材3时，更换夹块13使得金属管材3的管径与夹块13的弧形槽132匹配。
29.两个夹块13之间的相向运动，可以通过调整固定座11与夹块座12之间的距离来实现，在所述的固定座11与夹块13之间设置有支撑件，所述的支撑件一端固定在固定座11上，另一端抵在夹块13上；所述的支撑件的数量与夹块13的数量一致且一一对应，也可以根据需要保证平衡，一个夹块13对应多个支撑件，而支撑件的形式可以是杆状、块状等，在本方案中采用杆状，两个支撑件的高度一致，当固定座11与夹块座12之间的距离变小时，支撑件会顶着夹块13向远离固定座11的方向滑动实现两个夹块13的相向运动；本方案中，支撑件包括设置于固定座11上的支撑螺纹孔114以及固定于支撑螺纹孔114上的支撑螺栓15，支撑螺栓15的尾部抵住夹块13，支撑螺栓15的头部与支撑螺纹孔114配合实现固定，当支撑螺栓15发生损坏之后方便拆卸更换。
30.在将夹块13安装与楔形孔121内后，为了方便再次取出，在所述的夹块13斜面131两侧的侧面上设置有台阶134；该台阶134使得夹块13与夹块座12之间具有间隙，避免两者之间配合紧密，尤其是在高温环境下试验可能会导致两者结合的过于紧密不方便取出夹块；进一步，在所述的夹块13的斜面131靠近顶部的位置设置有直面133，相对两个夹块13的两个直面133可以将手指放入将夹块13提起，方便拿取。
31.固定座11与夹块座12之间的距离调整通过以下结构实现，在所述的固定座11上设置至少三个光孔113且均匀分布，在所述的夹块座12上设置有调节螺纹孔122，所述的调节螺纹孔122的数量与光孔113的数量一致且一一对应，在对应的所述光孔113与调节螺纹孔122上设置调节螺栓14，调节螺栓14穿过光孔113后旋入调节螺纹孔112内，继续转动调节螺栓14，调节螺栓14拉动固定座11与夹块座12相向运动，两者之间距离变小，直至两个夹块13之间具有足够的夹紧力，在调整过程中需要保持所有调节螺栓14的扭力相同，从而保证平
衡。
32.固定座11包括圆盘体111以及设置于圆盘体111上的连接轴112，所述的连接轴112与试验机连接，所述的光孔113以及支撑螺纹孔114均设置于圆盘体111上，连接轴112与圆盘体111可以一体成型，也可以通过焊接、螺纹连接等方式进行固定连接。
33.基于上述结构通过对两组实施例进行详细的试验描述。
34.实施例一：
35.对规格为φ12.7mm(直径)*0.7mm(壁厚)的某牌号金属管材3进行应力比r＝-1的轴向应力控制疲劳试验，试验温度为室温。
36.具体操作方法如下，
37.1)在标准金属管材以及待测金属管材上分别截取长度为150mm的金属管材作为标准试样与正式试样；
38.2)在标准试样以及正式试样两端内部分别塞入堵头，该堵头由铝合金材料制作，所述堵头为长度为50mm的圆棒，圆棒一端进行倒圆角，圆棒倒圆角的一端插入试验试样内部，圆棒另一端朝向试样外部且与管端平齐，堵头直径略大于试样内径，堵头与试样之间过盈配合；
39.3)采用标准试样检测同轴度：
①
按照gb/t3075中所述的同轴度检查方法，在标准试样上合适位置粘贴电阻应变片；
②
安装标准试样，将所述上拉组件1与下拉组件2分别夹住标准试样的上端和下端，具体做法为：将标准试样置于由两个夹块13组成的近似圆孔内，并将两个夹块13插入夹块座12的楔形孔121内，直至夹块13在楔形孔121内固定，然后将固定座11与夹块座12通过调节螺栓14连接，所述固定座11与夹块座12之间的调节螺栓14连接通过扭力扳手进行拧紧，然后将支撑螺栓15拧入固定座11内并顶在夹块13上，最后由疲劳试验机夹持固定座11；
③
按照gb/t3075中所述的同轴度检查方法进行同轴度检查，若同轴度超过5％，则对夹具连接部位进行调整，直至同轴度满足小于5％，同时记下扭力扳手的扭矩值；
40.4)采用上述同样的方法安装正式试样，其中扭力扳手采用上述标准试样最终设定的扭矩值；
41.5)设置疲劳试验参数并开始试验。加载波形为正弦波，加载频率f＝60hz～150hz，应力比r＝-1。首件试样的试验应力约为该金属管材屈服强度的0.6倍。试验停止条件为试样断裂或达到1
×
107次循环次数。
42.6)试验结束后取下试样，记录试验数据，然后装夹下一件试样进行试验。
43.实施例二：
44.对规格为φ12.7mm(直径)*0.7mm(壁厚)的某牌号管材进行应力比r＝-1的轴向应力控制疲劳试验，试验温度为500℃。
45.本实施例需要采用加热炉，该加热炉使用范围能达到500℃。本实施例与实施例一中的试验夹具基本相同，其区别在于，所述夹具由高温合金k418材料制作而成，且本实施例的固定座11上的连接轴112较长，使得当夹具装夹试样后并置入加热炉中时，连接轴112伸出加热炉的炉口然后与疲劳试验机相连接。
46.本实施例的试验方法与实施例一相似，其区别在于，正式试样及夹具均置于加热炉中，设置加热炉的温度为500℃，达到该温度后，保温30min后再开始试验，其余步骤与实
施例一相同。
47.检查上述实施例一和实施例二试验后的管材断裂位置，可以看出，管材试样疲劳裂纹萌生于试样标距段(而不是试样夹持段)，且试样无弯曲变形。上述实施例证明，本实用新型的夹具夹持方式可靠，可以满足室温和高温轴向疲劳测试要求。
48.综上，1、本实用新型可以满足不同管径的整段管材进行轴向疲劳试验，包括室温试验和高温试验；2、通过调整夹块13在楔形孔121中的位置而调整夹块13之间间隙大小，以保证夹块13夹紧金属管材3，避免由于金属管材3外径尺寸存在误差造成夹块13与金属管材3配合不良造成应力集中；3、本实用新型采用扭力扳手进行拧紧螺栓，避免手工拧紧螺栓时松紧程度不一致，并通过正式试验前检查试样同轴度并调整夹具，保证疲劳试样的同轴度满足试验要求。
49.需要强调的是：以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。