高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及疲劳试验设备，具体地指一种高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具。
【背景技术】
[0002]疲劳破坏是机械部件早期失效的主要形式，据统计有80%以上零部件失效是由疲劳引起的，因而研宄金属材料的疲劳强度和推广疲劳设计，对提高金属机械产品的使用可靠性和使用寿命有着十分重要的意义。另外，随着市场上对板状材料的需求日益增加，以及对安全性能的要求越来越高，金属板状材料的疲劳实验也越来越受到重视，试验量也越来越大。
[0003]由于疲劳试验中试样的平行度和同轴度对试验结果影响很大，因此在疲劳试验国家标准GB/T 3075-2008中对试验机夹持提出了较高的要求。然而，随着近年来耐磨钢等高硬度、高强度钢材的不断开发和改良，造成其疲劳性能试验的难度也越来越大。在板状试样疲劳试验中，现有的夹具主要存在如下缺陷:一方面现有的夹具表面强度不足，高硬度钢试样的强度已超过夹具表面能承受的硬度范围，在试验过程中会出现夹具被试样破坏的情况，导致载荷无法正常加载，试验被迫中止；另一方面现有的夹具费用高，使用寿命短，降低了工作效率。因此，在进行高硬度钢品种开发时，需要一种能够耐受高硬度试样的新型复合夹具，以避免由于现有夹具表面损坏而降低测量试验效率。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的就是要提供一种高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具。该复合夹具通过设置高强度的外包层结构，可显著提高夹具表面能承受的硬度范围，既能有效避免高硬度钢在疲劳试验过程中出现损坏夹具表面的现象，提高疲劳试验的效率，又可以降低夹具的综合成本，同时避免全部采用刚度极大的高强硬质模具钢带来的振动加剧，延长使用寿命。
[0005]为实现上述目的，本实用新型所设计的高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具，包括呈对称布置用于夹持板状试样的一对夹块，所述夹块具有高强硬质模具钢材料的外包层和普通模具钢材料的内衬块，所述外包层由承受试样动态摩擦力的侧面夹持层和承受螺钉动态约束反力的斜面定位层构成斜V型沟槽结构，所述斜面定位层上均布有螺钉定位孔；所述内衬块具有不规则的四棱柱结构，其与所述侧面夹持层和斜面定位层构成的斜V型沟槽结构的内轮廓形状对应、且嵌置复合为一个刚性整体。
[0006]作为优选方案，所述侧面夹持层和斜面定位层的厚度为夹块整体同方向厚度的1/5?1/4，最佳地，所述侧面夹持层和斜面定位层的厚度为0.5?1cm。
[0007]进一步地，所述侧面夹持层和斜面定位层的外表面结合处夹角α为锐角，从而能让夹块和试样，以及夹块和定位螺钉配合得更紧密。所述侧面夹持层和斜面定位层的内表面结合处是半径为R的过渡圆弧，从而可以避免由于内外材料不一致以及动态载荷作用导致应力集中的问题。
[0008]进一步地，所述锐角α =30?45°，所述过渡圆弧的半径R为侧面夹持层或斜面定位层厚度的1/3?1/2。
[0009]进一步地，所述外包层为Crl2MoV模具钢材料的外包层，所述内衬块为420模具钢材料的内衬块，从而既可显著提高夹具表面的硬度和耐磨性，有效避免在疲劳试验过程中出现夹具表面损坏的现象，提高疲劳试验的效率，又可以节省整个夹具的成本。
[0010]更进一步地，所述侧面夹持层的工作面为滚花处理表面，从而增加了夹块和试样的相对摩擦力，使得夹持效果更好。
[0011 ] 再进一步地，所述螺钉定位孔的数量为4?6个，从而能使夹块受力更加充分和均匀。
[0012]与现有技术相比，本实用新型具有如下优点:
[0013]其一，本实用新型的夹块由外包层和内衬块组成复合结构，通过设置高强度的外包层结构显著提高了夹具表面的钢硬度和耐磨性，将避免在疲劳试验过程中经常出现夹具表面破坏的现象，能够提尚疲劳试验的效率。
[0014]其二，本实用新型采用分层选材，外包层采用高强硬质模具钢材料制成，内衬块采用普通模具钢材料制成，既可以降低夹具综合成本，同时避免了全部采用刚度极大的高强硬质模具钢带来的振动加剧，从而减缓夹具表面的损坏。
[0015]其三，本实用新型中侧面夹持层和斜面定位层的内表面结合处采用过渡圆弧，可以避免由于内外层材料不一致以及动态载荷作用导致的应力集中问题，延长夹具使用寿命O
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具的立体结构示意图；
[0017]图2为图1所示复合夹具的主视结构示意图；
[0018]图3为图2的俯视结构示意图；
[0019]图4为本实用新型的使用状态示意图；
[0020]图中:夹块1、外包层2 (其中:侧面夹持层2a、斜面定位层2b、螺钉定位孔2c)、内衬块3、试样4。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0022]图中所示的高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具，包括呈对称布置用于夹持板状试样4的一对夹块1，夹块I由外包层2和内衬块3组成复合结构，其中外包层2采用高强硬质模具钢材料制成，内衬块3采用普通模具钢材料制成。外包层2由承受试样动态摩擦力的侧面夹持层2a和承受螺钉动态约束反力的斜面定位层2b构成斜V型沟槽结构，斜面定位层2b上均布有螺钉定位孔2c ;内衬块3具有不规则的四棱柱结构，其与侧面夹持层2a和斜面定位层2b构成的斜V型沟槽结构的内轮廓形状对应、且嵌置复合为一个刚性整体。
[0023]本实施例中，侧面夹持层2a和斜面定位层2b的厚度为夹块I整体同方向厚度的1/5?1/4，具体地为0.5?1cm。侧面夹持层2a和斜面定位层2b的外表面结合处夹角α为锐角，锐角α = 30?45°，从而有利于让夹块I和试样4，以及夹块I和定位螺钉贴合的更紧密。侧面夹持层2a和斜面定位层2b的内表面结合处是半径为R的过渡圆弧，R为侧面夹持层2a或斜面定位层2b厚度的1/3?1/2，从而避免了由于内外层材料不一致以及动态载荷作用导致应力集中的问题。侧面夹持层2a的工作面为滚花处理表面，从而增加了夹块I和试样4的相对摩擦力，达到更好的夹持效果。螺钉定位孔2c的数量为4?6个，从而能使夹块I受力更加充分和均匀。
[0024]在上述实施例中，外包层2采用Crl2MoV模具钢材料制成，内衬块3为420模具钢材料制成。外包层2的热处理工艺为970°C淬火后，进行200°C回火保持2小时，热处理后对外表面采取喷丸强化，使得外包层2的硬度比内衬块3高，从而显著提高了夹具表面的钢硬度和耐磨性。当夹块I夹持试样4 一起进行疲劳实验时，在长期处于强烈的振动过程中，如果夹块I全部采用刚度极大的高强硬质模具钢则必然加剧夹具振动，使用寿命则会下降；如果夹块I全部采用刚度相对较小的普通模具钢，则夹块I内部与高硬度钢试样4的接触部分会出现表面破坏的情况，因此夹块I采用复合结构能避免上述两种不良情况的发生。
[0025]本实用新型的工作过程如下:在进行疲劳试验时，首先根据测试需要选取与试样和试验机配套的两对复合夹具。然后，将两对夹具分别放置于试验机的上下夹具槽内，把所有螺钉松开，沿夹块的长度方向平行方向推入夹具槽。将试样4放置于两对夹具间，并进行对中，然后穿过螺钉定位孔旋紧上下定位螺钉。试验过程中，试验机的上机架固定不动，下机架在电磁力带动下做上下往复运动，板状试样在夹具夹持的状态下，由下机架带来的载荷进行拉伸加载、减载往复循环。施加的是循环变化的载荷，随着循环次数的不断增加，试样中间最窄部位裂纹逐渐扩张，最终导致断裂。当实验结束后，松开定位螺钉，将试样4从夹具中取出，更换后续试样重复上述步骤，即可开始后续试验。
[0026]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具，包括呈对称布置用于夹持板状试样(4)的一对夹块(I)，其特征在于:所述夹块(I)具有高强硬质模具钢材料的外包层(2)和普通模具钢材料的内衬块(3)，所述外包层(2)由承受试样动态摩擦力的侧面夹持层(2a)和承受螺钉动态约束反力的斜面定位层(2b)构成斜V型沟槽结构，所述斜面定位层(2b)上均布有螺钉定位孔(2c);所述内衬块(3)具有不规则的四棱柱结构，其与所述侧面夹持层(2a)和斜面定位层(2b)构成的斜V型沟槽结构的内轮廓形状对应、且嵌置复合为一个刚性整体。
2.根据权利要求1所述的高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具，其特征在于:所述侧面夹持层(2a)和斜面定位层(2b)的厚度为夹块(I)整体同方向厚度的1/5?1/4。
3.根据权利要求2所述的高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具，其特征在于:所述侧面夹持层(2a)和斜面定位层(2b)的厚度为0.5?1cm。
4.根据权利要求1或2或3所述的高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具，其特征在于:所述侧面夹持层(2a)和斜面定位层(2b)的外表面结合处夹角α为锐角，所述侧面夹持层(2a)和斜面定位层(2b)的内表面结合处是半径为R的过渡圆弧。
5.根据权利要求4所述的高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具，其特征在于:所述锐角α =30?45°，所述过渡圆弧的半径R为侧面夹持层(2a)或斜面定位层(2b)厚度的1/3 ?1/2。
6.根据权利要求1或2或3所述的高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具，其特征在于:所述外包层(2)为Crl2MoV模具钢材料的外包层，所述内衬块(3)为420模具钢材料的内衬块。
7.根据权利要求1或2或3所述的高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具，其特征在于:所述侧面夹持层(2a)的工作面为滚花处理表面。
8.根据权利要求1或2或3所述的高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具，其特征在于:所述螺钉定位孔(2c)的数量为4?6个。
【专利摘要】本实用新型公开了一种高硬度板状试样疲劳试验用复合夹具，包括呈对称布置用于夹持板状试样的一对夹块，所述夹块具有高强硬质模具钢材料的外包层和普通模具钢材料的内衬块，所述外包层由承受试样动态摩擦力的侧面夹持层和承受螺钉动态约束反力的斜面定位层构成斜V型沟槽结构，所述斜面定位层上均布有螺钉定位孔；所述内衬块具有不规则的四棱柱结构，其与所述侧面夹持层和斜面定位层构成的斜V型沟槽结构的内轮廓形状对应、且嵌置复合为一个刚性整体。该复合夹具通过设置高硬度的外包层结构，既能有效避免高硬度钢在疲劳试验过程中出现损坏夹具表面的现象，提高疲劳试验的效率，又能降低夹具的综合成本。
【IPC分类】G01N3-04
【公开号】CN204575438
【申请号】CN201520330588
【发明人】薛欢, 陈士华, 吴立新, 葛锐, 马玉喜
【申请人】武汉钢铁(集团)公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月20日