板材單向熱拉伸試驗夾具的改進設(shè)計與應(yīng)用＊

馮建友

（山西省機電設(shè)計研究院，山西 太原 030009）

0 引言

眾所周知，單向拉伸試驗夾具是對試樣實施抱緊作用，實現(xiàn)試驗機向試樣傳遞縱向拉力，使試樣發(fā)生彈性或塑性拉伸變形的裝置。某DNS200型微機控制電子萬能試驗機的板料拉伸夾具只能用于板材試樣的室溫拉伸，不能在試驗機的對開管式高溫爐中使用；而熱拉伸試驗夾具只適合圓棒料試樣的拉伸，不適用于板材試樣的熱拉伸。為解決上述問題，試驗室曾設(shè)計制作了一套銷式板材試樣熱拉伸夾具，雖然能在高溫爐中使用，但存在很多缺點，得到的試驗數(shù)據(jù)精度低。為此，針對該電子萬能拉伸試驗機的使用條件，在分析原銷式板材單向熱拉伸試驗夾具缺點的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計并制作了一套適用于板材試樣熱拉伸的夾緊式夾具。

1 原銷式熱拉伸試驗夾具

原銷式熱拉伸試驗夾具如圖1（a）所示，夾具借助銷釘實現(xiàn)卡掛固定板材試樣。在試驗操作中發(fā)現(xiàn)該夾具存在以下缺點：①試驗前，需對板材試樣兩端夾頭部分打孔，如圖1（b）所示，通過夾具的銷釘穿過試樣頭部的孔，實現(xiàn)試樣的安裝；②拉伸過程中，試樣在受到銷釘傳遞的縱向拉力下發(fā)生拉伸變形，因此，孔的位置對試樣變形影響很大；③試樣在孔附近發(fā)生應(yīng)力集中而發(fā)生局部變形甚至被撕裂，如圖1（c）所示，試樣孔的變形，導致被測試樣的拉伸數(shù)據(jù)波動；④在拉伸過程中孔和銷子的接觸面積很小，試樣承受的拉力幾乎在同一條直線上，使整個試樣無法產(chǎn)生均勻變形。夾具的上述缺點導致了試樣受力的隨機性和不確定性，對最終的試驗結(jié)果產(chǎn)生影響，從而使獲得的試驗數(shù)據(jù)不準確，無法測得其真實數(shù)據(jù)。

圖1 原熱拉伸試驗夾具及其拉伸試樣

2 熱拉伸試驗夾具的改進設(shè)計

在夾具的改進設(shè)計中，既要保證夾具尺寸能與DNS200型電子萬能拉伸試驗機的施力元件螺紋接口相配合，還要參考試驗機所配置加熱爐的爐腔尺寸，保證熱拉伸試驗過程中夾具不能碰到爐腔內(nèi)壁。改進后的熱拉伸試驗夾具裝配圖如圖2所示，該夾具是在DNS200電子萬能試驗機室溫拉伸夾具的基礎(chǔ)上改進設(shè)計而成，由拉桿1、螺母2、鎖緊套3、楔塊4和頂絲5組成，實物圖如圖3所示。拉桿1一端的外螺紋與試驗機施力內(nèi)螺紋相配合，在拉桿中部開一個矩形鉗口用于拆裝，在拉桿另一端的夾頭斜槽內(nèi)裝有兩個活動楔塊4；楔塊外側(cè)表面與斜槽光滑接觸，楔塊內(nèi)側(cè)表面與試樣接觸，為防止與試樣的打滑，楔塊內(nèi)側(cè)表面滾花加工，將板材拉伸試樣用楔塊夾好后，一起裝進拉桿的夾頭斜槽內(nèi)；鎖緊套3與拉桿夾頭外側(cè)也是斜面配合，旋轉(zhuǎn)與拉桿螺紋聯(lián)接的螺母2，鎖緊套被推動而抱緊夾頭，楔塊將試樣夾緊固定；最后擰緊鎖緊套上的對稱頂絲5，使夾緊試樣的夾頭鎖緊。

圖2 改進的熱拉伸夾具裝配圖

圖3 改進的熱拉伸夾具

3 改進的熱拉伸夾具應(yīng)用試驗

拉伸試驗在DNS200型微機控制電子萬能拉伸試驗機上進行，試驗裝置如圖4所示。試樣材料為鎂合金板，尺寸按照GB／T 4338－2006《金屬材料高溫試驗拉伸方法》制作，試驗溫度為120℃。先將夾具裝夾在電子萬能試驗機上，然后將被拉試樣進行標距并固定在夾具上。試驗參數(shù)按GB／T 4338－2006《金屬材料高溫試驗拉伸方法》設(shè)定和操作，采用變形量控制，拉伸速率為1 mm／min。用對開管式加熱爐加熱試樣，當溫度升高到120℃時停止加熱并保溫5 min，以確保試樣受熱均勻，使試樣溫度達到120℃。最后進行熱拉伸操作并保存數(shù)據(jù)。試驗結(jié)果如圖5所示。

4 結(jié)束語

對拉伸試驗機原銷式單向熱拉伸夾具進行了改進，新設(shè)計的夾具能夠很好地應(yīng)用在板材單向熱拉伸試驗中，顯著提高了夾具的防錯位能力，減小了試驗機的測量誤差。但該夾具還存在不能固定應(yīng)變引伸計的問題，隨著試驗研究的需要，我們將在既有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上作進一步的完善。

圖4 改進的熱拉伸夾具試驗裝置

圖5 鎂合金板熱拉伸試樣實物圖及其試驗應(yīng)力－應(yīng)變曲線

［1］ 王祖貴，張松，湯東林，等.拉伸試驗機縱向拉伸裝置的改進［J］.工程塑料應(yīng)用，2004，32（8）：61－62.

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［3］ 胡中，王亞軍，汪祥芝，等.實用機械設(shè)計手冊［M］.第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

［4］ 鋼鐵研究總院，冶金工業(yè)信息標準研究院，北京有色金屬研究總院.GB／T 4338－2006金屬材料高溫試驗拉伸方法［S］.北京：中國標準出版社，2007：1－26.