本发明属于物理性质测试技术领域，涉及一种十字形薄板材料拉伸装置，特别是一种简易的、拉伸比例可调式双轴同步拉伸装置及方法，适用于试验应用和生产应用。
背景技术：
拉伸是在试验或者生产条件下对材料或试样平面上受到拉力而产生伸长的过程，以获得所需试验参数和产品。一般根据需要分为单轴、双轴和多轴拉伸。
近年来高强度板材成形材料的使用量大大增加，为了提高板材零件的成品利用率，尽可能的节约成本，需要对板材的成型能力进行尽可能精确的预测。钣金的受力情况是一种典型的平面应力状态，用单轴拉伸获得的力学性能参数用来作为设计及工艺制定的参数是不可靠的，且很多板材经轧制等处理后会产生各向异性，导致单轴拉伸试验的结论很难用于此类板材的性能研究，因此，发展更能适用于预测受平面应力状态板材力学行为的力学模型就尤为重要。双轴拉伸是近年来新兴的测试平面板材塑性成型能力的一种试验方法——主要通过在互相垂直的两个方向上施加互成一定关系的力，并测定板材在此种应力情况下的变形能力，作为其塑性成型能力的一种参照。由此可知双轴拉伸是一种十分合适的用于研究板材受平面应力状态时力学行为的手段。
现有技术中，用于实现双轴拉伸的设备有很多种类：如通过类似八面体的装置，在上下两顶点上加载载荷，驱动上下各四根斜杆驱动中间十字型试样进行双轴拉伸，此种装置仅能提供实时1:1的双向加载，整个装置较为复杂，且加载载荷的变化率时刻发生变化；或通过在同一平面内成十字架分布的四个电机或液压机驱动十字型试样的四个端部进行双轴拉伸，此类装置的优点在于可以任意调节两个拉伸方向上的载荷比例及加载速度，但整个装置都需要十分复杂昂贵的电子控制系统来协调运行，使装置的复杂性及成本大大增加；还有通过对板材进行半封闭液压胀形试验得到材料的双轴拉伸力学性能的方式，此种方式不仅只能进行1:1比例加载，且需要高质量摄像机及十分完备的保护装置，会增加工艺成本，性价比相对较低。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供的一种简易的、拉伸比例可调式双轴同步拉伸装置，为解决现有双轴拉伸设备过于复杂或无法定比例、定速率加载的问题，是一种纯机械式拉伸装置，具有结构简单易行，制造和使用成本低廉，拉伸比例可调、拉伸精度高等优点；同时，本发明的另一目的在于还提供了一种上述双轴同步拉伸装置进行拉伸的方法，能够实现不同比例、定速率的拉伸，以获得准确的拉伸数据和结果。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供一种简易的、拉伸比例可调式双轴同步拉伸装置，包括水平台架、拉伸架、固定架和拉伸组件，所述水平台架、拉伸架和固定架均为正交十字架，所述固定架通过定位连接安装在水平台架下方，所述拉伸架通过拉伸组件在距水平台架上方一定高度设置，所述拉伸组件为四套，均由拉伸架驱动实现拉伸运动，包括滑杆、滑块和夹具，四个所述滑杆分别穿过水平台架的四个臂，其两端通过销轴可转动的与拉伸架和固定架的四个臂分别一一对应铰接，四个所述滑块分别相对滑动的套设在四个滑杆上、且可水平滑动的方式单自由度设置于水平台架的四个臂上，四个所述夹具分别与四个滑块固定连接。
进一步，所述定位连接和固定连接均为焊接、铆接、螺接或搭接中的一种或多种组合。
进一步，所述滑块上设有与滑杆配合滑动的滚动销。
进一步，所述滚动销的中轴线设于滑块的顶面与底面之间。
进一步，所述水平台架的四个臂的表面均设有燕尾形或呈凸字形的直线滑槽，所述滑块在直线滑槽内滑动。
进一步，所述拉伸架和固定架中两两相对设置的两臂上、且分别沿其中心对称间隔设置有若干个与所述销轴配合铰接的销孔。
进一步，两两相对设置的两滑杆尺寸大小相同、且分别与拉伸架间所成夹角的角度相同。
本发明还提供一种上述双轴拉伸装置进行拉伸的方法，包括如下步骤：首先，通过给予所述拉伸架竖直向上的载荷使其抬升至合适高度；然后，将所述水平台架的四个臂上的夹具分别夹持十字形试样的四端；最后，通过给予所述拉伸架竖直向下的载荷使其向下匀速运动，从而驱动四套所述拉伸组件中的滑块拉伸所述十字形试样，最终实现双轴同步拉伸加载。
进一步，通过设置在拉伸架和固定架上不同间距的销孔与不同长度的滑杆配合来改变滑杆与拉伸架间所成夹角的角度，从而改变拉伸架向下运动时滑块随之进行水平定向滑动的位移比例，最终实现拉伸比例可调的双轴同步拉伸加载。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过控制滑杆与拉伸架和固定架之间的空间几何关系来实现不同拉伸比例的拉伸加载，解决了现有双轴拉伸设备过于复杂或无法定比例、定速率加载的问题。
2、本发明通过滑杆推挤滑块在正交十字形结构的水平台架上作定向滑动，其滑杆与滑块之间无需附加任何辅助设备即可实现两两相对设置的夹具运动速度实时成固定比例，结构简单易行，运行平稳可靠。
3、本发明滑块的水平匀速运动只取决于拉伸架的匀速下降运动，其形式简洁。
总的来说，本发明是一种纯机械式拉伸装置，具有结构紧凑，制造和使用成本低廉等优点，能够实现不同比例、定速率的拉伸，以获得准确的拉伸数据和结果。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明双轴拉伸装置的结构示意图；
附图标记：1-水平台架，101-连接部，102-底座，103-连接组件；2-拉伸架；3-固定架；4-拉伸组件，401-滑杆，402-滑块，403-夹具；5-销轴；6-销孔；7-滚动销。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供一种简易的、拉伸比例可调式双轴同步拉伸装置，包括水平台架1、拉伸架2、固定架3和拉伸组件4，所述水平台架1、拉伸架2和固定架3均为正交十字架，它们三者的中心在同一竖直中心线上、且其四个臂上下一一对应布置；所述水平台架1的相邻两臂之间设有连接部11，四个所述连接部11通过连接组件13与底座12固定连接，所述连接组件13主要由双头螺栓和螺母组成；所述固定架3通过定位连接安装在水平台架1下方，所述拉伸架2通过拉伸组件4在距水平台架1上方一定高度设置，所述拉伸组件4为四套，均由拉伸架2驱动实现拉伸运动，所述拉伸架2由外接驱动装置实现其在竖向方向上的匀速升降运动，包括滑杆401、滑块402和夹具403，四个所述滑杆401分别穿过水平台架1的四个臂，其两端通过销轴5可转动的与拉伸架2和固定架3的四个臂分别一一对应铰接，四个所述滑块402分别相对滑动的套设在四个滑杆401上和可水平滑动的方式单自由度设置于水平台架1的四个臂上，即四个滑块402除了沿各自所在的水平台架1臂上做定向滑动，不具有其他的自由度，利于实现拉伸；四个所述夹具403分别与四个滑块402固定连接，夹具403包括托座(未标记)和通过螺钉(未标记)与其连接的压板(未标记)，所述托座和压板之间用于夹持十字形试样的臂端，四个所述夹具403两两相对设置，以实现对称拉伸，属于双轴拉伸的技术，此处不再赘述。
本发明在使用时，拉伸架1在驱动装置的作用下向下运动，同时带动四套所述拉伸组件4中的四个滑块402作水平定向滑动，其滑动的方向为远离水平台架1的中心向外运动，以实现夹具403对十字形试样的双轴同步拉伸加载。
本实施例中，所述定位连接采用焊接，以实现固定架3与水平台架1固定安装，确保与之连接滑杆401的运行平稳；所述固定连接采用搭接，即所述滑块402和夹具403通过特定形状的凸凹结构连接在一起，便于夹具的安装和更换，所述特定形状为：滑块402设有T形凹槽，夹具403设有与所述T形凹槽卡合配合的T形搭接头。当然在不同的实施例中，所述定位连接和固定连接还可以采用铆接或螺接中的一种替换或多种与之组合。
本实施例中，所述滑块402上设有与滑杆401配合滑动的滚动销7，利用滑杆401相对于滑块402能够平稳过渡滑动，使滑杆401对滑块402产生推挤力，即滑杆401向下运动时通过推挤滚动销7向滑块402传递定向动力、且拉伸架2的匀速向下运动即可保证滑块402的匀速水平运动，简单的来说就是滑杆401将拉伸架2竖直向下运动的势能转换为滑块402水平远离水平台架1中心向外运动的动能，从而实现双轴同步拉伸加载。所述滚动销7的中轴线设于滑块402的顶面与底面之间，当滑杆401通过滚动销7向滑块402施加载荷时，可以保证滚动销7不会脱出滑块402，降低整个装置复杂性的同时提高了它的安全可靠性。
本实施例中，所述水平台架1的四个臂的表面均设有燕尾形的直线滑槽(未标记)，所述滑块402在直线滑槽内滑动，即进一步限制四个滑块402除了沿各自所在的水平台架1臂上做定向滑动，不具有其他的自由度，防止滑块402受滑杆401推挤力向上的分力带动而脱落相应水平台架1臂上的直线滑槽，利于实现拉伸加载。
本实施例中，所述拉伸架2和固定架3中两两相对设置的两臂上、且分别沿其中心对称间隔设置有若干个与所述销轴5配合铰接的销孔6，两对不同长度的滑杆401通过销轴5与拉伸架2和固定架3组装成特定形状的框架分别穿过水平台架1的四个臂，通过调整设置在拉伸架2和固定架3上不同位置的销孔6与不同长度的滑杆401相配合来改变滑杆401与拉伸架2所成夹角的角度，进而改变滑杆401向下运动时滑块402随之进行水平运动的位移比例(如1:1，1:2，1:3，2:3，1:5等等)，其中，两两相对设置的两滑杆401尺寸大小相同、且分别与拉伸架2间所成夹角的角度相同，以保证共线的两两相对滑块402以水平台架1的中心做镜像对称运动；拉伸架2和固接架3的四个臂上若干个销孔6开设的不同位置(即相邻销孔6圆心间的距离和靠近拉伸架2或固接架3中心的第一销孔6圆心与其中心间的距离)可根据滑杆401的倾斜度和所需拉伸比例数值来确定的。
本发明上述双轴同步拉伸装置所采用的试样是十字形试样，其进行双轴同步拉伸工作的过程包括如下步骤：首先，通过给予所述拉伸架2竖直向上的载荷使其抬升至合适高度，以带动四套所述拉伸组件4中的滑块402朝水平台架1的中心作向内定向滑动运动，从而使得四个夹具403两两相对向内运动，以便夹持十字形试样；然后，将所述水平台架1的四个臂上的夹具403分别夹持十字形试样的四端；最后，通过给予所述拉伸架2竖直向下的载荷使其向下匀速运动，从而驱动四套所述拉伸组件4中的滑块402远离水平台架1的中心作向外定向滑动运动，进而使得四个夹具403两两相对向外运动拉伸所述十字形试样，最终实现双轴同步拉伸加载。
本实施例中还通过设置在拉伸架2和固定架3上不同间距的销孔6与不同长度的滑杆401配合来改变滑杆401与拉伸架2间所成夹角的角度，从而改变拉伸架2向下运动时滑块402随之进行水平定向滑动的位移比例，最终实现拉伸比例可调的双轴同步拉伸加载。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。