一种小样品三点弯曲测试用夹具的制作方法

本实用新型属于聚变反应测试技术领域，具体涉及一种小样品三点弯曲测试用夹具。

背景技术：

聚变堆包层结构的第一壁及冷却管道的厚度仅为数毫米，在测试包层结构材料的力学性能时，不能使用标准大样品，而需要减少测试样品尺寸；在对包层结构材料进行中子辐照实验时，由于中子辐照容器的尺寸有限(如国际聚变堆材料辐照设施(ifmif)的高通量测试模块(hftm)的辐照体积仅0.5l，但需要容纳上千个样品)，且受辐照过程中通量及温度分布的均匀性所限制，也需要使用小样品来测试其抗辐照性能。另外，采用小样品有利于降低放射活性、减少中子辐照后实验对人体和环境危害。因而，小样品测试技术对于聚变堆材料的研究是至关重要的。

聚变堆材料力学性能测试所需小样品的尺寸为毫米级，对力学测试设备和夹具的精度要求更高，常规材料力学性能测试的通用设备和夹具无法满足小样品测量的要求，因而需要专用的高精度小样品力学试验机并配备新型的小样品试验专用夹具装置。小样品力学性能测试的种类很多，本发明仅涉及三点弯曲测试用夹具装置；除了聚变堆材料，也适用于需要涉及到小样品力学性能测试的其他非聚变材料领域。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种小样品三点弯曲测试用夹具，能够适用于毫米级小样品三点弯曲性能测试。

本实用新型的技术方案如下：

一种小样品三点弯曲测试用夹具，包括分别位于夹具上端和下端的同轴安装的上固定连接块和下固定连接块，所述的上固定连接块和下固定连接块之间同轴设有冲头连接块和固定底座，并通过冲头连接块和固定底座安装导向柱；所述的冲头连接块中心同轴固定安装冲头；

所述的导向柱分为若干个竖直方向平行安装的内导向柱和外导向柱；所述的内导向柱相对夹具中心轴线的距离小于外导向柱靠近夹具中心轴线的距离；

所述的外导向柱穿过冲头连接块上的导向柱安装孔，其上端与上固定连接块固定连接，其下端与固定底座固定连接；所述的内导向柱穿过固定底座上的导向柱安装孔，其上端与冲头连接块固定连接，其下端与下固定连接块固定连接；

所述的固定底座上固定设有工字直线导轨，所述的工字直线导轨上放置试样支撑块结构，所述试样支撑块结构能够沿着工字直线导轨滑动。

所述的试样支撑块结构为在工字直线导轨上前后放置试样支撑块a和试样支撑块b；所述的工字直线导轨的前后两端分别固定设有挡块a和挡块b，所述的挡块a通过水平方向的螺杆与试样支撑块a的底部连接，所述的挡块b通过水平方向的螺杆与试样支撑块b的底部连接。

所述的试样支撑块a的前侧通过螺柱螺纹连接长度调节块a，所述的试样支撑块b的后侧通过螺柱螺纹连接长度调节块b。

所述的试样支撑块结构上设有沿着宽度方向设有两个宽度调节块，每个宽度调节块上加工滑动槽，在滑动槽内、试样支撑块结构的安装面上设有销钉，通过销钉和滑动槽的配合，实现各个宽度调节块的位置移动。

所述的外导向柱分为左外导向柱、右外导向柱，所述的内导向柱分为左内导向柱、右内导向柱；所述的上固定连接块和下固定连接块上分别设有两个导向柱安装孔，且所述的上固定连接块的安装板上的两个导向柱安装孔的距离r1大于下固定连接块的安装板上的两个导向柱安装孔的距离r2。

所述的冲头连接块的两端分别加工两个导向柱安装孔，且内侧两个孔之间距离为r2，外侧两个孔之间距离为r1；所述的固定底座两端分别加工两个导向柱安装孔，且内侧两个孔之间距离为r2，外侧两个孔之间距离为r1；所述的左内导向柱和右内导向柱分别穿过固定底座内侧的两个导向柱安装孔，其上端分别固定在冲头连接块内侧的两个导向柱安装孔内，下端分别固定在下固定连接块的两个导向柱安装孔内；所述的左外导向柱和右外导向柱分别穿过冲头连接块外侧的两个导向柱安装孔，其上端分别固定在上固定连接块的两个导向柱安装孔内，其下端分别固定在固定底座外侧的两个导向柱安装孔内。

所述的导向柱上下端在固定连接时是通过定位销与上固定连接块、冲头连接块、固定底座或下固定连接块连接的。

所述的上固定连接块和下固定连接块结构相同，且均由固定板以及与固定板连接的安装板组成，固定板上设有用于与试验设备连接的安装孔，安装板上设有用于安装导向柱的安装孔。

所述的导向柱的外导向柱或内导向柱的数量为2个、3个或4个，且在夹具的径向方向均匀布置。

本实用新型的有益效果如下：

机械结构设计，将高精度小样品拉伸试验机的拉力转换为冲头对小样品试样的压力，利用试样与冲头和支撑块的相互作用，从而达到小样品三点弯曲性能测试的目的。该夹具装置适用于载荷量程≤2kn的小样品拉伸试验机。

夹具结构简单、操作方便、稳定性高，合理的间隙配合可基本排除摩擦力的干扰，可适应于具有多种尺寸的试样的小样品三点弯曲测试。该夹具装载在高精度小样品拉伸试验机中可快速、精准测量小样品的三点弯曲强度。

整体的左右导向柱的结构设计保证压力在测试过程中始终垂直作用于待测试样，试样宽度调节块和试样长度调节块限位固定待测试样于最佳的测试位置，使得本夹具测试的运行稳定性提高，测量精度也有所提升。

附图说明

图1为小样品三点弯曲测试用夹具示意图；

图2为小样品三点弯曲测试用夹具正视图；

图3为小样品三点弯曲测试用夹具左视图；

图4为小样品三点弯曲测试用夹具俯视图；

图5为三点弯曲试样示意图；

图中：1.上固定连接块；2.冲头连接块；3.冲头；4.导向柱；5.试样宽度调节块；6.试样长度调节块；7.试样支撑块a；8.试样支撑块b；9.试样长度调节螺柱；10.直线导轨；11.挡块a；12.挡块b；13.试样支撑块支撑螺杆；14.固定底座；15.下固定连接块；

4-1.左外导向柱；4-2.左内导向柱；4-3.右外导向柱；4-4.右内导向柱；

5-1.宽度调节块a；5-2.宽度调节块b；5-3.宽度调节块c；5-4.宽度调节块d；

6-1.长度调节块a；6-2.长度调节块b；

9-1.长度调节螺柱a；9-2.长度调节螺柱b；9-3.长度调节螺柱c；9-4.长度调节螺柱d；

13-1.试样支撑块支撑螺杆a；13-2.试样支撑块支撑螺杆b；13-3.试样支撑块支撑螺杆c；13-4.试样支撑块支撑螺杆d；

具体实施方式

导向柱4分为左外导向柱4-1、左内导向柱4-2、右外导向柱4-3、右内导向柱4-4，试样宽度调节块5分为宽度调节块a5-1、宽度调节块b5-2、宽度调节块c5-3、宽度调节块d5-4，试样长度调节块6分为长度调节块a6-1、长度调节块b6-2，试样长度调节螺柱9分为长度调节螺柱a9-1、长度调节螺柱b9-2、长度调节螺柱c9-3、长度调节螺柱d9-4，试样支撑块支撑螺杆13分为试样支撑块支撑螺杆a13-1、试样支撑块支撑螺杆b13-2、试样支撑块支撑螺杆c13-3、试样支撑块支撑螺杆d13-4。

如图1～图4所示，上固定连接块1和下固定连接块15结构相同，且同轴安装，均由固定板以及与固定板连接的安装板组成，固定板上加工有用于与试验设备连接的安装孔，安装板加工有两个用于安装导向柱的安装孔，其中上固定连接块1的安装板上的两个导向柱安装孔的距离r1大于下固定连接块15的安装板上的两个导向柱安装孔的距离r2。

如图2所示，在上固定连接块1和下固定连接块15之间同轴安装有冲头连接块2和固定底座14，并通过冲头连接块2和固定底座14安装导向柱4。其中冲头连接块2的两端分别加工两个导向柱安装孔，且内侧两个孔之间距离为r2，外侧两个孔之间距离为r1，冲头连接块2中心同轴固定安装冲头3。固定底座14两端分别加工两个导向柱安装孔，且内侧两个孔之间距离为r2，外侧两个孔之间距离为r1。上述的左内导向柱4-2和右内导向柱4-4分别穿过固定底座14内侧的两个导向柱安装孔，其上端分别固定在冲头连接块2内侧的两个导向柱安装孔内，下端分别固定在下固定连接块15的两个导向柱安装孔内。上述的左外导向柱4-1和右外导向柱4-3分别穿过冲头连接块2外侧的两个导向柱安装孔，其上端分别固定在上固定连接块1的两个导向柱安装孔内，其下端分别固定在固定底座14外侧的两个导向柱安装孔内。

各个导向柱4利用定位销与上固定连接块1、冲头连接块2、固定底座14、下固定连接块15连接。

图1、图3和图4所示，沿着前后方向，工字直线导轨10通过螺栓和定位销固定在固定底座14上，挡块a11、挡块b12分别通过螺栓固定于工字直线导轨10的前后两端。

工字直线导轨10上前后放置试样支撑块a7和试样支撑块b8，且试样支撑块a7、试样支撑块b8可在工字直线导轨10上自由滑动并通过锁紧螺母等常规方式固定位置。

通过试样支撑块支撑螺杆a13-1和试样支撑块支撑螺杆b13-2在两端将挡块a11和试样支撑块a7的底部连接，这样试样支撑块a7就被支撑起来。试样支撑块支撑螺杆a13-1和试样支撑块支撑螺杆b13-2与上述的挡块a11和试样支撑块a7均螺纹连接，因此挡块a11和试样支撑块a7相对位置可调节。

通过试样支撑块支撑螺杆c13-1和试样支撑块支撑螺杆13-4在两端将挡块b12和试样支撑块b8的底部连接，这样试样支撑块b8就被支撑起来。试样支撑块支撑螺杆c13-1和试样支撑块支撑螺杆d13-4与上述的挡块b12和试样支撑块b8均螺纹连接，因此挡块b12和试样支撑块b8相对位置可调节。

长度调节：

在前方的试样支撑块a7的前侧通过长度调节螺柱a9-1和长度调节螺柱b9-2螺纹连接长度调节块a6-1，在后方的试样支撑块b8的后侧通过长度调节螺柱c9-3和长度调节螺柱d9-4螺纹连接长度调节块b6-2。通过螺纹配合，调节长度调节块a6-1和试样支撑块a7，以及长度调节块b6-2和试样支撑块b8的相对位置，从而适应三点弯曲试样的长度大小。

宽度调节：

宽度调节块a5-1和宽度调节块b5-2安装在试样支撑块a7上，宽度调节块c5-3和宽度调节块d5-4安装在试样支撑块b8上。所有的宽度调节块5上均加工长圆形的滑动槽，在滑动槽内、试样支撑块a7或试样支撑块b8的上表面安装销钉，通过销钉和滑动槽的配合，实现各个宽度调节块5的位置移动，从而适应试样支撑块7和试样支撑块b8上的三点弯曲试样的宽度大小，调节在试样支撑块上最合适的位置。

导向柱4与冲头连接块2、固定底座14上的导向孔的公差配合优先但不仅限于采用基孔制的间隙配合，在保证导向功能的基础上，可基本排除摩擦力的干扰。

试样宽度调节块5可实现对不同宽度测试试样的调节，本发明可适用于多种尺寸的测试试样，其试样截面尺寸范围为1.5～10mm×1.5～10mm；试样支撑块可在工字直线导轨上自由滑动调节跨距，跨距最大量程为20mm，工字直线导轨刻有毫米级刻度，利于快速读取测试跨度；试样长度调节螺柱9调节试样长度调节块6，以此达到小样品三点弯曲测试专用夹具装置可以适用具有不同宽度和长度的试样的目的，提高小样品的三点弯曲测试专用夹具装置通用性。

上固定连接块1、下固定连接块15的作用是连接力学试验机；上试验机固定连接块1和下固定连接块15还兼有固定连接导向柱4的作用；冲头连接块2用于连接冲头3、导向并固定左内导向柱4-1、右内导向柱4-4；试样支撑块a7、试样支撑块b8上刻有毫米级刻度，利用结构设计试样支撑块a7、试样支撑块b8可在工字直线导轨10上自由滑动并带有锁定固定位置功能，试样支撑块a7、试样支撑块b8上方分别装有试样宽度调节块5和试样长度调节块6，直线导轨10通过螺栓和定位销固定于固定底座14之上，同时固定底座14起到固定左外导向柱4-1、右外导向柱4-3和导向作用。挡块a11、挡块b12通过螺栓固定于直线导轨10的两端，挡块a11、挡块b12两端分别打有螺纹孔，利用试样支撑块支撑螺杆13支撑在受力过程中可能出现滑移的试样支撑块a7、试样支撑块b8，在力学实验过程中，将小样品置于试样支撑块a7、试样支撑块b8上，试样宽度调节块5、试样长度调节块6，使得样品中心置于冲头3处，试样与冲头3、试样支撑块a7、试样支撑块b8产生三点弯曲，利用机械设计将拉力转换为冲头与试样之间向下压力，使试样在冲头、支撑块的作用下形成三点弯曲，达到实验目的。

本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述具体实施方式仅为示意性，而非限制性，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出多种形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。