管段试样室温拉伸试验夹具的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开的一种管段试样室温拉伸试验夹具，包括置于管段试样内径管中的滑移锁紧部件，滑移锁紧部件由装配在弹性锁环圆周围框中至少三个独立排列且制有内斜面的滑块组成，锥体联动滑芯小端前锥体设置的螺纹段通过上端锁紧螺母中空孔连接拉力头，弹性锁环通过周向上分布的销钉与滑块圆周上分布的铆钉孔同轴固连；锥体联动滑芯在向下旋转锁紧螺母推动下，通过大端锥体的向下滑移运动，驱动三个滑块内斜面沿径向方向向外扩张，当所述滑块外圆面尺寸增加到大于管材内径尺寸后，弹性锁环周向上分布的开口胀圈产生弹性变形，固定住管材夹持端并产生预紧张力。本实用新型具有通用性好、无需使用塞头、夹持牢固,且不会出现试样断于夹持端。
【专利说明】
管段试样室温拉伸试验夹具
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种主要用于管材内径不小于16 _的管段试样室温拉伸试验的夹具，尤其是一种无需使用塞头的管段试样内壁自锁型室温拉伸试验夹具。
【背景技术】
[0002]室温拉伸试验是用使用拉伸试验机在室温环境下对试样进行拉伸，一般拉伸至断裂，测定需要表征的一项或多项材料室温力学性能指标。拉伸试样根据材料的不同类型一般分为棒材、板材或管材。现行的管材室温拉伸试样根据不同的管材规格分为四种:全壁厚纵向弧形试样、管段试样、全壁厚横向试样和从管壁厚度机加工的圆形横截面试样。管段试样通常采用的夹持方式一种是在不影响实验结果的前提下，压扁管段试样两夹持头部，加或不加扁块塞头后进行试验。这种方式能进行管材拉伸试验但由于夹持段变形，对试验段试验结果有一定程度的影响，故此方法标准GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第I部分:室温试验方法》中规定仲裁试验时不能采取压扁试验段的方式进行。另一种是在其两端塞入略小于内径尺寸的塞头，塞头至最接近的标距标记的距离不小于四分之一外径，塞头相对于试验机夹头在标距方向伸出的长度不超过外径，且其形状不妨碍标距的变形。此方式有效的解决了机械夹持管材夹持段造成的管材变形，也是目前进行管段试样室温拉伸试验通用的方法。但此方法的不足之处在于:1、不同规格管材室温拉伸试验均需机加工对应内径尺寸的塞头，塞头通用性不强而且根据不同内径管材加工塞头需额外引入塞头加工周期，造成试验整体试验周期延长;2、每次试验均需在管段试样的两端各塞入一个塞头，试验完成后由于夹具机械夹持力会造成管壁和塞头变形，难以取出塞头。进行单件管段试样均需消耗两件塞头，由此增加了实验成本;3、由于管材制造原因，内径难以准确控制。若塞头尺寸偏大，在塞入管材内壁的过程中则会对管材材料造成一定程度的影响;若塞头尺寸偏小，则在夹具夹持后因为塞头外径与管材内径的间隙存在，管壁会产生不均匀变形，造成夹持段部分应力集中，试验时试样易断于夹持端，导致试验结果无效。
【实用新型内容】
[0003]为解决现有管段试样室温拉伸试验的不足，本实用新型的目的是提供一种无需使用塞头、夹持牢靠且不会出现试验后断于试样夹持端的管段试样室温拉伸试验夹具。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是，一种管段试样室温拉伸试验夹具，包括置于管段试样8内径管中的滑移锁紧部件和连接拉力头I的锥体联动滑芯4，其特征在于:滑移锁紧部件由装配在弹性锁环6圆周围框中，按圆周等分均布，至少三个独立排列且制有内斜面的滑块5组成，锥体联动滑芯4小端上的前锥体制有的螺纹段通过上端锁紧螺母3中空孔连接拉力头1，弹性锁环6通过周向上分布的销钉与滑块5圆周上分布的铆钉孔12同轴固连;锥体联动滑芯4在向下旋转锁紧螺母3推动下，通过大端锥体圆锥面滑移向下运动，驱动至少三个滑块5内斜面沿径向方向向外扩张，当所述滑块外圆面尺寸增加到大于管材内径尺寸后，弹性锁环6周向上分布的开口胀圈产生弹性变形，固定住管材夹持端并产生预紧张力。
[0005]本实用新型相比于现有技术具有如下有益效果:
[0006]1.本实用新型提供的夹具采用内壁自锁的方式锁紧管段试样，在安装试样时，通过旋转锁紧螺母3周向上分布的预紧杆将锁紧螺母3向下旋转，此时滑块5沿锥体联动滑芯4的圆锥面向下运动，与此同时滑块外圆面直径增加。当滑块外圆面尺寸增加到大于管材内径尺寸后，则固定住管材夹持端并产生预紧张力。同时，滑块5外圆面锯齿部分锥入管材内壁，增大管材内壁与滑块外圆面的摩擦，实现管段试样夹持。
[0007]本实用新型所述的夹具采用内壁自锁式夹持方式，通过滑动部件与锥体联动滑芯4的相对位置改变来紧固管材内壁，达到紧固夹持的效果，理论上可以夹持管材内径为(锥体联动滑芯底径+2 X滑块底厚)到(锥体联动滑芯底径+2 X滑块顶厚)的管材。通过制得少数几套规格的夹具即可进行较大管材内径变化范围的管段试样室温拉伸试验，夹具通用性好。
[0008]2.无需使用塞头且所需试验段长度短，对试样力学影响小，不会断裂在试样夹持端。本实用新型由外壁提供夹持力的夹具在夹持后造成管壁不均匀变形，试样易在夹持端断裂。本实用新型采用内壁自锁方式进行管材夹持，不仅避免了因塞头过长造成的管材试验段尺寸变化，也避免了传统方式夹紧管材外壁带来的管壁变形，解决了夹持段和试验段过渡区应力集中，试样断裂在夹持端的问题。
[0009]3.夹持稳定、牢固。本实用新型试样试验过程中夹持稳定即夹具提供的拉伸方向摩擦力足够大且稳定。公知的摩擦力影响因素是摩擦副相互间摩擦系数和正压力，且都成正比。本实用新型所提供的夹具采用内壁自锁方式实现管段试样夹持，轴向拉伸载荷越大，滑块5与锥体联动滑芯4由于相对位置变化和管材壁的束缚则会对管材壁产生更大的横向正压力，由此提供足够的拉伸方向摩擦力。轴向拉伸载荷越大，径向夹持力越大，夹持越牢固。
[0010]4.可以进行低强度管和薄壁管室温拉伸试验。使用本实用新型夹持低强度管或薄壁管，特别是使用外管固定卡箍7紧固外管壁后，夹具不仅提供了足够的夹持力，而且夹持力分布均匀，不会出现导管夹持端变形，也避免了试样断裂在夹持端的现象。
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0012]图1是管段试样室温拉伸试验内壁自锁夹具结构示意图。
[0013]图2是图1的锁紧螺母剖面示意图。
[0014]图3是图1中滑块与弹性锁环装配示意图。
[0015]图中:I拉力头，2螺纹杆，3锁紧螺母，4锥体联动滑芯，5滑块，6弹性锁环，7外管固定卡箍，8管段试样，9锁紧螺母卡环，10滑块卡槽，11滑块内斜面，12弹性锁环铆钉孔。
【具体实施方式】
[0016]参阅图1-图3。如图1所示公开了两件结构尺寸完全相同，分别连接高温拉伸试验设备上、下拉杆的内壁自锁整体管材高温拉伸试验夹具的一种较优方案。主要由拉力头1、螺纹杆2、锁紧螺母3、锥体联动滑芯4、滑块5、弹性锁环6和锁紧螺母卡环9组成，通过拉力头I与试验机的拉杆销钉连接，并固连到试验机拉杆，由试验机横梁带动拉杆从而带动管材拉伸夹具和整体管材试样，实现力值的传递。在一种较优的实施方案中，拉力头I与设备通过销钉相连，锥体联动滑芯4通过其上部的螺纹段与螺纹杆2相连。由滑块5和弹性锁环6组成的滑移锁紧部件通过调整滑块5的位置安装入锥体联动滑芯4内，并卡入锁紧螺母3孔口部位设置的锁紧螺母卡环9中。安装试样时，将滑移锁紧部件置于整体管材试样8内管中。锥体联动滑芯4分为螺纹段和梯形截面圆锥体，锥体小端上连接的螺纹段通过螺纹杆2轴向螺纹孔固定连接，使得锥体联动滑芯4只会随着拉力头的移动而移动。锥体联动滑芯4的梯形截面投影圆锥体通过滑块5围成的同锥度内斜面11配合，滑块5沿圆锥面移动，由螺纹杆2上向下旋紧的锁紧螺母3带动滑块5向下移动，提供径向方向的预紧力实现卡紧管材内壁。
[0017]在如图2所示锁紧螺母3结构中，所述锁紧螺母3的内螺纹与螺纹杆2外螺纹相连接，所述锁紧螺母3的下部孔口的端面上制有截面为L形状的卡环9，卡环9与滑块5上端面围成的外圆面所制的卡槽10配合。锁紧螺母3通过在螺纹杆2上下旋动，由卡槽的配合带动滑移锁紧部件的上下移动，由此实现滑移锁紧部件横向的外径尺寸变化，起到夹紧管材内壁的作用。
[0018]图3所示的滑移锁紧部件由滑块5和弹性锁环6组成，其中滑块5由三个独立，三等分圆周均布的内斜面块组成，滑块5与锁紧螺母卡环9配合的卡槽10宽度和深度大于锁紧螺母卡环9的厚度，滑块5的下端面外圆面直径尺寸略小于中间部分外径，并且均匀分布了三个横向铆钉孔12，滑块5中间部分外表面制有一定深度和宽度的锯齿，由此增加所述滑块5与整体管材试样8内壁摩擦力，以期达到更好的夹持效果;弹性锁环6通过销钉与滑块5的铆钉孔12固连，在所述较优实施例中，三个独立的滑块5由弹性锁环6均布固连，弹性锁环6向下微凸并使滑块5有一定的内缩，使得滑块5能更好的贴合锥体联动滑芯4的圆锥面。锥体联动滑芯4分为螺纹段和梯形圆锥体，所述锥体联动滑芯4的螺纹段与螺纹杆2底面沉孔螺纹孔固定连接，使得锥体联动滑芯4只会随着拉力头的移动而移动，而锥体联动滑芯4的梯形圆锥体与滑块5内斜面11配合，滑块5可以沿梯形圆锥面移动。锁紧螺母3结构如图2所示，所述锁紧螺母3的内螺纹与螺纹杆2外螺纹相连接，所述锁紧螺母3的下端面有一 L型卡环9，卡环9与滑块5上端面外圆面所制的卡槽10配合。滑块卡槽10的深度和宽度大于锁紧螺母卡环9的内径和厚度。这主要是因为锁紧螺母卡环不仅在预紧时需要带动滑块运动，还需要保证在拉伸试验过程中，滑块能够沿锥体联动滑芯4的圆锥面进行微动，已起到夹具的自锁功能。锁紧螺母3通过在螺纹杆2上下旋动，由卡槽的配合带动滑移部件的上下移动，由此实现滑移部件横向的外径尺寸变化，起到夹紧管材内壁的作用。如图3所示滑块5由三个独立且均布的内斜面块组成，滑块5的下端面外圆面直径尺寸略小于中间部分外径，并且均匀分布了三个横向铆钉孔，滑块5中间部分外表面制有一定深度和宽度的锯齿，由此增加所述滑块5与管段试样8内壁摩擦力，以期达到更好的夹持效果;弹性锁环6通过销钉与滑块5的铆钉孔固连，在所述较优实施例中，三个独立的滑块5由弹性锁环6均布固连，弹性锁环6向下微凸并使滑块5有一定的内缩，使得滑块5能更好的贴合锥体联动滑芯4的圆锥面，弹性锁环6的弹性性能同时可以增加滑块5的运动变形次数，并提高试验夹具整体寿命。
[0019]拉力头I与室温拉伸设备通过销钉相连，锥体联动滑芯4通过其上部的螺纹段与螺纹杆2相连，由滑块5和弹性锁环6组成的滑移部件，通过调整滑块5的位置安装入锥体联动滑芯4内并卡入锁紧螺母3的锁紧螺母卡环9中。安装试样时，将滑移部件置于管段试样8内管中，通过旋转锁紧螺母3上的周向分布的预紧杆向下旋紧在螺纹杆2上的锁紧螺母3并带动滑块5向下移动，由此对管材内壁提供径向向外的预紧力，卡紧管段试样。
[0020]在极少情况下，整体管材试样8壁厚强度较低或管壁较薄时，所述方案可能会导致在拉伸过程中管壁发生塑性变形或开裂，导致夹具与管材内部发生滑移而不利于试验的顺利进行。因此，可以在低强度管或薄壁管高温拉伸试验试样夹持中，管段试样(8)夹持端设有固定外管的卡箍(7)，卡箍(7)紧固在管材外壁，以增强管材夹持端的强度。在另一个较优的实施方案中，在上述方案基础上增加了外管固定卡箍7，其使用方式是在上述方案实施后，将其紧固在管材外壁，起到增强管材夹持端整体强度的作用。使用所述方案即可实现低强度管或薄壁管高温拉伸试验试样夹持。因此本实施例，在所述整体管材试样8夹持端设有固定外管卡箍7，管段试样8内壁被内壁型自锁型高温拉伸试验夹具固联后，外管卡箍7加固于整体管材试样8的夹持端。
[0021 ]本实用新型所述夹具的装配过程是:
[0022]1.锁紧螺母3旋入螺纹杆2上，直至螺纹杆2的端面露出，应注意的是，锁紧螺母的大端应朝向拉力头I的销孔方向；
[0023]2.将锥体联动滑芯4的螺纹端拧入螺纹杆2的端面沉孔中；
[0024]3.将由滑块5和弹性锁环6铆接固连组合而成的滑移部件卡入锥体联动滑芯4，卡入方式是将滑块5上端面略微向外扳出，增加滑移部件的开口尺寸后卡进锥体联动滑芯4下端面;滑移部件卡入锥体联动滑芯4后，将三个滑块5向内捏紧，同时向下旋转锁紧螺母3，直到锁紧螺母的卡环9卡入到滑5块的卡槽10内，调整滑块5与与锥体联动滑芯4相对位置并使得滑块5的内斜面11与锥体联动滑芯4的圆锥面相贴合。
[0025]使用本实用新型所述较优方案的夹具进行管段试样室温拉伸试验的操作步骤是:
[0026]1.根据管材的规格和尺寸选用合适规格的夹具，并使用销钉将夹具与室温拉伸设备连接；
[0027]2.将管段试样8夹持端内壁套上夹具滑移部件，通过旋转锁紧螺母2上的预紧杆使得锁紧螺母2向试样方向旋转，由此带动滑块4沿锥体联动滑芯3的圆锥面向试样方向运动。此时滑块5沿锥体联动滑芯4的圆锥面向下运动，同时滑块外圆面直径增加。当滑块外圆面尺寸大于管材内径尺寸后，夹具固定住管材夹持端内壁并形成夹持力。
[0028]3.试样准备完成后，启动室温拉伸试验机，由其横梁带动试验机拉杆、夹具和管段试样8向上运动。此时会在滑块5的内斜面和锥体联动滑芯4的圆锥面产生相对运动，造成滑块5的外径尺寸进一步增大，由此产生更大的径向正压力和夹具与管材的纵向摩擦力，并且轴向拉伸载荷越大，夹持力越大，夹持越紧固。
[0029]拉伸试验完成后，仅需向相反方向旋转锁紧螺母3，由锁紧螺母3的卡环9将滑块5沿锥体联动滑芯4圆锥面拉起。滑块5在弹性锁环6的作用下收紧，滑块5的外圆尺寸变小，取出管段试样，完成试验。
[0030]若需进行低强度管或薄壁管室温拉伸试验，在另一种较优方案中，仅需在上述方案夹具基础上增加外管固定卡箍7。在完成上述安装后，将由两个对称的带连接边半环的外管固定卡箍7套入管段试样8管材外壁，将四组起连接和固定作用的螺栓带紧，即完成试样安装。固定卡箍7的使用情况基于管材本身的管壁强度，当管段试样的壁厚强度较低，在拉伸过程中发生塑性变形或开裂，导致夹具与管材内部发生滑移时，利用固定卡箍增强管材夹持端的整体强度，保证试验顺利进行。
[0031]根据上述公开的管段试样室温拉伸试验内壁自锁夹具，由本领域专业技术人员可轻易实现或使用本实用新型。并且完全理解上述公开内容后，可设计处多种变形和修改。因此本实用新型将不会被限制于本文所公开的具体实施例，而是要符合与管材内壁自锁功能相一致的所有变形和修改及其等同物。
【主权项】
1.一种管段试样室温拉伸试验夹具，包括置于管段试样(8)内径管中的滑移锁紧部件和连接拉力头(I)的锥体联动滑芯(4)，其特征在于:滑移锁紧部件由装配在弹性锁环(6)圆周围框中，按圆周等分均布，至少三个独立排列，且制有内斜面的滑块(5)组成，锥体联动滑芯(4)小端上的前锥体制有的螺纹段，通过上端锁紧螺母(3)中空孔连接拉力头(1)，弹性锁环(6)通过周向上分布的销钉与滑块(5)圆周上分布的铆钉孔(12)同轴固连;锥体联动滑芯(4)在向下旋转锁紧螺母(3)推动下，通过大端锥体圆锥面滑移向下运动，驱动至少三个滑块(5)内斜面沿径向方向向外扩张，当所述滑块外圆面尺寸增加到大于管材内径尺寸后，弹性锁环(6)周向上分布的开口胀圈产生弹性变形，固定住管材夹持端，并产生预紧张力。2.如权利要求1所述的管段试样室温拉伸试验夹具，其特征在于:锥体联动滑芯(4)通过其上部的螺纹段与螺纹杆(2)相连。3.如权利要求1所述的管段试样室温拉伸试验夹具，其特征在于:滑移锁紧部件通过调整滑块(5)的位置安装入锥体联动滑芯(4)内，并卡入锁紧螺母(3)孔口部位设置的锁紧螺母卡环(9)中。4.如权利要求1所述的管段试样室温拉伸试验夹具，其特征在于:锥体联动滑芯(4)分为螺纹段和梯形截面圆锥体，锥体小端上连接的螺纹段通过螺纹杆(2)轴向螺纹孔固定连接，使得锥体联动滑芯(4)只随着拉力头的移动而移动。5.如权利要求1所述的管段试样室温拉伸试验夹具，其特征在于:锥体联动滑芯(4)的梯形截面投影圆锥体通过滑块(5)围成的同锥度内斜面(11)配合，滑块(5)沿圆锥面移动，由螺纹杆(2)上向下旋紧的锁紧螺母(3)带动滑块(5)向下移动，提供径向方向的预紧力实现卡紧管材内壁。6.如权利要求1所述的管段试样室温拉伸试验夹具，其特征在于:在低强度管或薄壁管高温拉伸试验试样夹持中，管段试样(8)夹持端设有固定外管的卡箍(7)，卡箍(7)紧固在管材外壁，以增强管材夹持端的强度。7.如权利要求6所述的管段试样室温拉伸试验夹具，其特征在于:管段试样(8)内壁被内壁型自锁型高温拉伸试验夹具固联后，外管卡箍(7)加固于整体管段试样(8)的夹持端。8.如权利要求1所述的管段试样室温拉伸试验夹具，其特征在于:所述锁紧螺母(3)的下部孔口的端面上制有截面为L形状的卡环(9)，卡环(9)与滑块(5)上端面围成的外圆面所制的卡槽(10)配合。9.如权利要求1所述的管段试样室温拉伸试验夹具，其特征在于:滑块(5)外表面制有一定深度和宽度的锯齿，以此增加所述滑块(5)与管段试样(8)内壁摩擦力。
【文档编号】G01N3/04GK205449652SQ201521064754
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月18日
【发明人】苏雷, 张晓峰
【申请人】中国人民解放军第五七九工厂, 中国人民解放军第五七一九工厂