专利名称：小标距单轴拉伸试验用引伸计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种力学性能测试设备，更具体地讲，涉及一种能够測量小尺寸试样的变形量的小标距单轴拉伸试验用引伸计。
背景技术：
小标距轴向拉伸引伸计属于变形测量装置。在材料拉伸性能测试中，试样受カ发 生变形，试样变形的准确测定决定着屈服点延伸率(Ae)、规定塑性延伸強度、断裂总延伸率(At)、最大カ总延伸率(Agt)、规定残余延伸率、应变速率(e)弹性模量(E)、n值及r值等ー系列重要力学指标的測定。因此，变形量是材料力学性能测试的最基本最重要内容之一。在单轴拉伸试验中，一般用引伸计来监测材料在外加轴向载荷作用下的变形过程，即测定引伸计标距段在拉伸过程中的变形量。而引伸计标距一般由拉伸试样的标距決定。对于拉伸试样标距，国家标准GB/T 228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》推荐优先采用比例系数k=5. 65的短比例试样。根据GB/T 228-2002附录A、附录B、附录C和附录D的規定，圆形比例试样优先米用标距为25mm (50mm) >50mm(100mm) > 100mm(200mm)试样，厚度小于3mm的矩形非比例试样采用50mm、80mm两种标距，厚度大于3mm的矩形非比例试样采用50mm、80mm、200mm三种标距，线材试样非比例试样采用100mm、200mm两种标距。由此可见，现有引伸计的标距通常为25mm、50mm、80mm、100mm、200mm几种。目前国内各引伸计制造厂家能够生产的轴向变形引伸计标距范围一般在IOmm 200mm之间。尚未有标距小于IOmm的引伸计的报道。对于标距段〈10mm的小尺寸拉伸试样，由于其试样标距段小于目前引伸计标距范围的下限，所以现有的引伸计无法直接測量试样变形量。因此，目前国内外在电子万能试验机上測量小尺寸试样(标距段〈10mm)的变形量大都只能用试验机上下横梁间位移的测量值来代替。然而，由于测量过程中试验机移动横梁的结构间隙、夹头楔块相对于夹头体的滑移、以及夹头夹持试样的可靠程度等因素不可避免，使得系统误差増大，并最终导致测量数据精度降低和再现性下降。
实用新型内容本实用新型的目的是为了弥补单轴拉伸试验中现有引伸计无法对小标距拉伸试样(标距段〈10mm)的形变量进行测量的不足，提供ー种小标距单轴拉伸试验用引伸计，使引伸计标距范围的下限达到5mm，并由此使引伸计可以直接监测小尺寸试样标距段(〈10mm)的变形。为了实现上述目的，根据本实用新型的小标距单轴拉伸试验用引伸计，包括外売、弹性兀件、应变片、限位标距杆、一对挂钩、ー对刀刃和一对变形传递杆，且由内向外依次装配所述ー对刀刃、所述ー对挂钩以及所述ー对变形传递杆。并且，所述ー对挂钩的每ー个在外侧设有第一凹槽，用于安装变形传递杆，且在内侧设有第二凹槽，用于安装刀刃。并且，所述ー对刀刃间的间距大于等于5mm，且小于10mm。优选地，所述ー对刀刃间的间距为5mm。并且，所述ー对刀刃、所述ー对挂钩以及所述ー对变形传递杆通过螺钉进行连接。根据本实用新型，可以使引伸计的测量下限达到5_，从而很好地解决小尺寸拉伸试样(标距段〈10mm)变形量精确测定的难题。而且，从结构来看，本实用新型的单轴拉伸试验用引伸计对挂钩结构进行了重新设计，并调整了 挂钩和刀刃的装配位置，结构较为简単；从测量效果来看，仅对现有引伸计挂钩和刀刃位置进行了相应调整，并没有改变引伸计本身灵敏度、精确度和线性度；从加工流程来看，本实用新型的挂钩加工仅需采用常规线切割ー种加工方法即可制得成品，制造流程短；从制造成本来看，本实用新型的挂钩制造原料用料少、来源广，且制造、装配方法简单，故其制造成本低。即，本实用新型具有结构简单、效果良好、制作方便、成本低廉的有益效果。
通过下面结合示例性示出一例的附图进行描述，本实用新型的上述及其他目的和特点将会变得更加清楚，其中图I为本实用新型所提供的小标距单轴拉伸试验用引伸计的装配示意图；图2a为本实用新型的挂钩的主视图；图2b为本实用新型的挂钩的俯视图；图2c为本实用新型的挂钩的左视图；图3为根据本实用新型的引伸计标定曲线；图4为根据本实用新型的引伸计校准误差曲线；图5a为根据本实用新型的引伸计与25mm标距引伸计的测试结果的拉伸全曲线对比图；图5b为根据本实用新型的引伸计相对于25mm标距引伸计的测试相对误差分布图。主要符号说明1为外売、2为弹性元件、3为应变片、4为限位标距杆、5为挂钩、6为刀刃、7为变形传递杆。
具体实施方式
以下，參照附图来详细说明本实用新型的实施例。如图I所示，根据本实用新型的小标距单轴拉伸试验用引伸计包括外壳I、弾性元件2、应变片3、限位标距杆4、挂钩5、刀刃6和变形传递杆7。当測量变形时，将引伸计装卡于拉伸试样上，刀刃6与试样接触从而监测两刃ロ间距内的伸长，通过变形传递杆7使弹性元件2产生应变，应变片3将该应变转换为电阻变化量，再利用适当的转换和放大电路将电阻变化量转换为变化的电压信号。拉伸测试开始时刀刃6之间的初始间距即为引伸计标距段长度。现有的引伸计中，由内向外依次布置变形传递杆7、刀刃6和挂钩5。为将引伸计标距范围的下限拓展到5mm，在本实用新型的小标距单轴拉伸试验用引伸计中，由内向外依次装配刀刃6、挂钩5和变形传递杆7。S卩，如图I所示，在上侧由内向外依次布置ー个刀刃6、一个挂钩5和一个变形传递杆7，在下侧也是由内向外依次布置ー个刀刃6、一个挂钩5和一个变形传递杆7。由于刀刃6位于最内側，因此可以缩小一对刀刃间的间距，使刀刃6之间的初始间距减小到5mm。由此，使得改进后的引伸计测量下限达到5mm。并且，可以通过设计挂钩5的结构和厚度来进ー步调控ー对刀刃间的间距。图2a为本实用新型的挂钩的主视图，图2b为本实用新型的挂钩的俯视图，图2c为本实用新型的挂钩的左视图，而其他构件尺寸可以不变。如图2a至图2c所示，挂钩5的外侧(指安装时的位置，图2b中为下侧)设有第一凹槽51，用于安装变形传递杆7 ;挂钩5的内侧(指安装时的位置，图2b中为上侧)设有第二凹槽52，用于安装刀刃6。凹槽51和52之间厚度用于调控引伸计标距。即，通过设计第一凹槽51和第二凹槽52之间的厚度，可以调控所述ー对刀刃间的间距，从而实现对小标距单轴拉伸试验用引伸计测量下限的调控。根据上述的挂钩5的设计，可以使刀刃6之间的初始间距减小到5mm。由此，使得改进后的引伸计测量下限达到5mm。并且，挂钩5的中央形成有两个螺纹孔9，以通过螺钉8连接刀刃6、挂钩5和变形传递杆7。同时，刀刃6和变形传递杆7上也形成有供螺钉8穿过的孔。但是，刀刃6、挂钩5和变形传递杆7的连接方式不限于螺钉连接，也可以利用螺栓连接、铆钉连接等。本实用新型的小标距单轴拉伸试验用引伸计是在现有引伸计的基础上提出挂钩结构及装配方式的改进，即通过本实用新型挂钩的装配，达到对小标距拉伸试样进行应变測定。而且，改型后的小标距单轴拉伸试验用引伸计示值精确度和误差均符合GB12160-90标准要求。本实用新型的小标距单轴拉伸试验用引伸计在装配好之后，用MTS标定器进行标定。标定在额定位移范围内分段进行，并重复进行三次，前两次单独标定，然后整体标定第三次，取各段引伸计示数的平均值确定出拉伸试样的应变量。然后用最小二乗法建立试样应变量(e )与标定器给定位移(f)之间的线性关系。图3为本实用新型的标定曲线，拟合方程为e =0. 20048 f，线性相关系数0. 9999，拟合方程的标准偏差为5. IX 10_5。对应的引伸计校准误差曲线如图4所示，可知该实用新型在标定范围内误差平均值为0. 00326，相应的标准差为0. 11004。该误差等级满足现有ASTME83标准B-2级和ISO9513标准I级的精度要求。另外，运用本实用新型依下列步骤对标距段为0. 5 X I. 5 X 5mm的小尺寸比例试样(K=5. 65)进行室温拉伸性能测试(I)在试验机控制软件“实验条件选择”界面中选择变形測量方式为引伸计，井根据测量变形的大小选择放大器衰减档，设定试验机加载吨位、应变速率等參数；(2)将标距卡插入到限位标距杆和变形传递杆之间；(3)用两个手指夹住引伸计上下端部，将上下刀刃与试样标距段相接触，用皮筋分别将引伸计的上下刀ロ固定在试样上；(4)引伸计信号显示清零，并取下标距卡；(5)进行室温拉伸测试，记录并保存实验数据。在相同应变速率条件下，对相同材料0 5标准比例拉伸试样用常规25mm标距引伸计进行室温拉伸测试。将其测试结果与本实用新型的引伸计测试结果进行比对，比对结果如图5a和图5b所示。图5a为拉伸全曲线比对结果，可见本实用新型的引伸计与常规25mm标距引伸计测量结果在试样变形开始至颈缩阶段吻合程度较高。试样颈缩之后两者差别逐渐增大，这可能是由于因试样截面积不同从而导致塑性变形集中程度不同造成的。以25_引伸计测试结果为基准，试样屈服前本实用新型的引伸计的测试相对误差随应变示数的分布如图5b所示，其相对误差平均值为3. 964%。相应的拉伸性能测试结果汇总于表1，本实用新型的引伸计测试结果的误差范围满足 GB/T 228-2002 要求。表I室温拉伸数据
^引伸计类型Rpu(MPa)Agt(%) At(%)
权利要求1.一种小标距单轴拉伸试验用引伸计，包括外壳、弹性元件、应变片、限位标距杆、一对挂钩、一对刀刃和一对变形传递杆，其特征在于由内向外依次装配所述一对刀刃、所述一对挂钩以及所述一对变形传递杆。
2.根据权利要求I所述的小标距单轴拉伸试验用引伸计，其特征在于所述一对挂钩的每一个在外侧设有第一凹槽，用于安装变形传递杆，且在内侧设有第二凹槽，用于安装刀刃。
3.根据权利要求I或2所述的小标距单轴拉伸试验用引伸计，其特征在于所述一对刀刃间的间距大于等于5mm,且小于10_。
4.根据权利要求3所述的小标距单轴拉伸试验用引伸计，其特征在于所述一对刀刃间的间距为5mm。
5.根据权利要求I或2所述的小标距单轴拉伸试验用引伸计，其特征在于所述一对刀 刃、所述一对挂钩以及所述一对变形传递杆通过螺钉进行连接。
6.根据权利要求3所述的小标距单轴拉伸试验用引伸计，其特征在于所述一对刀刃、所述一对挂钩以及所述一对变形传递杆通过螺钉进行连接。
7.根据权利要求4所述的小标距单轴拉伸试验用引伸计，其特征在于所述一对刀刃、所述一对挂钩以及所述一对变形传递杆通过螺钉进行连接。
专利摘要本实用新型公开一种小标距单轴拉伸试验用引伸计。根据本实用新型的小标距单轴拉伸试验用引伸计，包括外壳、弹性元件、应变片、限位标距杆、一对挂钩、一对刀刃和一对变形传递杆，且由内向外依次装配所述一对刀刃、所述一对挂钩以及所述一对变形传递杆。根据本实用新型，可以使引伸计的测量下限达到5mm，从而很好地解决小尺寸拉伸试样变形量精确测定的难题。
文档编号G01B5/30GK202533321SQ20112057542
公开日2012年11月14日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者刘正东, 包汉生, 李密, 杨沐鑫, 杨钢, 林肇杰, 王立民, 程世长 申请人:钢铁研究总院