專利名稱：一種高溫拉伸夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種拉伸夾具，具體涉及一種用于測試管材試樣在高溫環(huán)境下的規(guī)定非比例延伸強度RpO. 2等高溫拉伸性能等的測試設(shè)備上的拉伸夾具。
背景技術(shù)：
隨著高溫合金、鈦合金等管材在航空、航天、能源、電氣、化工、交通運輸和醫(yī)學等領(lǐng)域的廣泛應用，研究其在高溫環(huán)境中的力學性能顯得越來越重要。眾所周知，準確、可靠和穩(wěn)定地測定金屬管材的高溫拉伸性能是極其困難的，主要是由于金屬管材本身的局限性(包括材料在高溫下受力時發(fā)生打滑現(xiàn)象等)及高溫環(huán)境的特殊性所致。目前國內(nèi)外試驗機廠提供的普通管材高溫拉伸夾具一般在高溫下易打滑，造成拉伸曲線的彈性直線段變形，出現(xiàn)“假屈服”現(xiàn)象，導致無法準確測定規(guī)定非比例延伸強度RpO. 2。而應用于航天等領(lǐng)域的金屬材料對于其工作時的變形有著嚴格的要求，因此一旦測定的管材規(guī)定非比例延伸強度RpO. 2有誤，將造成無法想象的后果。現(xiàn)有的夾具主要由頂桿、套筒和安裝在套筒中的若干夾持瓦組成，主要易產(chǎn)生如下缺陷(1)夾持不可靠在加持過程中，夾持瓦的分布狀態(tài)不均勻，易產(chǎn)生兩片夾持瓦靠攏在一起，限制了這兩片夾持瓦在拉伸過程中隨著負荷的增加，作軸向移動和徑向移動，導致靜摩擦力3Ff <F,；夾持瓦不在同一個平面內(nèi)，其中一片已明顯向試件拉伸方向移動，正由于其中兩片夾持瓦靠攏在一起，不能隨拉伸的進行作軸向、徑向移動，為了保持力的平衡，剩余那片夾持瓦仍在移動中，并且必須增大移動量保證試件的夾持，導致夾持瓦在套筒中，最后出現(xiàn)了三片夾持瓦不在同一個平面的現(xiàn)象；在試件夾持端留有明顯的條形劃痕，這是試件在不可靠夾持狀態(tài)下，試驗過程中相對夾持瓦出現(xiàn)滑移，夾持瓦上的牙齒在試件表面留下的劃痕，表明試件在夾具中出現(xiàn)了滑移。(2)、夾持范圍小一套夾具只能夾持一種直徑的試件。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述缺陷，本發(fā)明目的是提供一種夾持有效、可靠，可杜絕試件打滑且夾持范圍大的高溫拉伸夾具。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明的一種高溫拉伸夾具，用于夾持作高溫拉伸性能的管材試件，包括 一外套筒，所述外套筒具有一階梯狀連接孔； 一頂桿，安裝在外套筒連接孔小孔徑一端，可在連接孔中移動并定位； 一內(nèi)套筒，所述內(nèi)套筒底端安裝在外套筒連接孔大孔徑一端，具有一安裝孔，所述安裝孔圓周邊緣具有一組導向槽，所述導向槽底部與孔中心軸的夾角大于0° ；
一組與導向槽數(shù)量相同的夾持瓦，所述夾持瓦具有安裝部和夾緊部，所述安裝部與所述導向槽相配合安裝，所述安裝部底邊的斜度與導向槽底邊斜度一致，所述夾緊部具有與試件相接觸的弧形夾緊面。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述導向槽底邊呈圓弧狀，所述圓弧與所述安裝孔同圓心。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述夾角范圍為3° 8°。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述頂桿頂端中心具有一盲孔，所述盲孔直徑大于等于所述夾具所能夾持試件的最大直徑。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述一組夾持瓦為3個。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述夾緊面表面呈鋸齒狀。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述頂桿與外套筒連接孔的連接為螺紋連接。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述內(nèi)套筒安裝孔呈階梯狀，所述內(nèi)套筒底端孔的孔徑大于等于頂桿的直徑，所述內(nèi)套筒頂端孔的孔徑大于等于試件的直徑。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述夾具材質(zhì)為高溫合金，其中夾持瓦的膨脹系數(shù)最小。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述外套筒、頂桿、內(nèi)套筒為高溫合金GH4169，夾持瓦為高溫合金GH4049。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點
(1)、夾持穩(wěn)定具有設(shè)計合理的導向槽，可固定夾持瓦的相對位置，限制夾持瓦移動軌跡，即夾持瓦只能沿軸向運動，不能在安裝孔中沿圓周相對轉(zhuǎn)動，則可避免因夾持瓦間的互相接觸而導致的試件在夾具中滑移的現(xiàn)象；導向槽相對于孔中心軸為上小下大的錐形，沿著拉伸方向，夾緊力遞增；夾持瓦的夾緊表面為鋸齒狀，可增加摩擦力；
(2)、夾持范圍大夾持瓦具有安裝部和夾緊部，安裝部為固定的結(jié)構(gòu)，只需改變夾緊部的結(jié)構(gòu)就可夾持不同尺寸范圍的試件，即可通過安裝不同規(guī)格的夾持瓦夾持不同直徑范圍的試件，以擴大同一套夾具的夾持范圍。綜上，本發(fā)明不但能提供可靠的夾持狀態(tài)，保證規(guī)定非比例延伸強度RpO. 2檢測的質(zhì)量，而且夾持范圍覆蓋面大，使用一套夾具就可滿足高溫拉伸試驗標準直徑范圍內(nèi)管材試件的使用。


圖1為本發(fā)明的一種實施例的裝配示意圖2為內(nèi)套筒一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖加為內(nèi)套筒的剖視圖，圖2b為內(nèi)套筒的俯視圖3為夾持瓦的一種規(guī)格的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖3a為夾持瓦的仰視圖，圖北為夾持瓦的主視圖，圖3c為夾持瓦的左視圖4為夾持瓦的另一種規(guī)格的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖如為夾持瓦的仰視圖，圖4b為夾持瓦的主視圖，圖4c為夾持瓦的左視圖。圖5為頂桿的結(jié)構(gòu)示意圖6為內(nèi)套筒的另一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖6a為內(nèi)套筒的俯視圖，圖6b為內(nèi)套筒的剖視圖。其中1為外套筒，11為連接孔；2為頂桿；3為內(nèi)套筒，31為安裝孔，32為導向槽， 321為導向槽底邊；4為夾持瓦，41為安裝部，42為夾緊部，421為夾緊面；5為試件。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。如圖1結(jié)合圖2、圖3及圖5所示，本發(fā)明夾具包括頂桿2、外套筒1、內(nèi)套筒3、夾持瓦4，所述外套筒1具有一階梯狀連接孔11，連接孔11兩端具有螺紋結(jié)構(gòu)；所述頂桿2具有與外套筒配合的螺紋結(jié)構(gòu)22，安裝在外套筒1連接孔小孔徑一端；所述內(nèi)套筒3底部外端面具有與外套筒相配合的螺紋結(jié)構(gòu)，安裝在外套筒1連接孔大孔徑一端，所述內(nèi)套筒3內(nèi)部具有一安裝孔31，所述安裝孔31圓周邊緣具有一組導向槽32，所述導向槽底邊321與安裝孔31中心軸的夾角θ大于0°，即導向槽具有一定的傾斜度；所述夾持瓦4安裝在導向槽32中，一組夾持瓦4的數(shù)量與導向槽32的數(shù)量相同，所述夾持瓦4具有安裝部41和夾緊部42，所述安裝部41與所述導向槽32相配合安裝，所述安裝部41底邊的斜度與導向槽 32底邊斜度一致，所述夾緊部42具有與試件相接觸的弧形夾緊面421。本發(fā)明中，考慮到導向槽32的加工，將原來的一個套筒必須分成兩個部分，分別是內(nèi)套筒3及外套筒1，在本實施例中內(nèi)套筒3和外套筒1采用的為螺紋連接，也可采用其他方式的連接，比如用固定件如螺栓、螺釘連接。所述頂桿2與外套筒1連接為活動連接， 頂桿2需在外套筒中移動并能定位，本實施例的螺紋連接為最佳連接方式，但也不排除其它連接方式，比如頂桿在外套筒中間隙安裝，定位采用側(cè)面安裝螺栓夾緊定位。如圖5結(jié)合圖1所示，為保證頂桿2與夾持瓦4在夾持工作中的直接接觸，所述頂桿頂端中心具有一盲孔21，所述盲孔21直徑大于等于所能夾持試件的最大直徑，在夾持時，試件悶頭可延伸至所述盲孔中。如圖2結(jié)合圖1所示為內(nèi)套筒3的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖加所示所述內(nèi)套筒3安裝孔 31呈階梯狀，所述內(nèi)套筒底端孔311的孔徑大于等于頂桿2的直徑，以便于頂桿2可進入內(nèi)套筒將夾持瓦頂出，其深度h決定了頂桿2可進入內(nèi)套筒的最大距離；所述內(nèi)套筒頂端孔 312的孔徑大小決定了該套夾具所能夾持試件的最大直徑，因而所述內(nèi)套筒頂端孔312的孔徑需大于等于試件的直徑。如圖2b所示，本實施例中有三個導向槽32，導向槽32圍繞安裝孔31排布，導向槽底邊321相對于安裝孔31中心軸有一定的斜度，其夾角θ范圍優(yōu)選為3° 8°，進一步優(yōu)選為5°。夾角θ的大小直接影響夾持可靠性，同時也影響到夾具的夾持范圍。在內(nèi)套筒長度L 一定的情況下，夾角θ越大，夾持范圍也越大，這樣可選用較少種類的夾具，使用成本也就下降了；同時，為保證夾緊可靠，可取夾角θ-Φ2)，其中Φ 1為試件與夾持瓦間的當量摩擦角，Φ2為夾持瓦與套筒間的當量摩擦角。取夾角θ = (φ -Φ2)時，在可得到可靠的夾持狀態(tài)的同時，又可以使夾具擁有最大的夾持范圍。但從夾具的結(jié)構(gòu)出發(fā)，當夾角θ越大時，夾具套筒的直徑也越大，增加了夾具材料的用料量及夾具的自身重量。為了能減小夾具自重，又能使夾具擁有一定的夾持范圍，夾角θ =5°最佳。如圖3所示為與圖2所示內(nèi)套筒相適配的一種規(guī)格的夾持瓦4，所述夾持瓦4包括與導向槽32相配合安裝的安裝部41，其形狀及底邊斜度都與導向槽的結(jié)構(gòu)相一致，即夾角 α等于夾角θ ；還包括一凸出的夾緊部42，夾緊部42的頂端為圓弧夾緊面421，在夾緊狀態(tài)下，主要靠該夾緊面421與試件接觸，為增加夾緊的可靠性，所述夾緊面421為鋸齒狀，可增加與試件的摩擦力。
如圖4所示為與圖2所示內(nèi)套筒相適配的另一種規(guī)格的夾持瓦4’，其夾緊部與安裝部41’成為一體，即夾緊面421’位于安裝部41’的頂邊。圖4所示的夾持瓦與圖3所示的夾持瓦相比，其所能夾持的試件的直徑更大。夾持瓦只需改變夾緊面與安裝部頂端的距離就可改變夾具夾持試件直徑的范圍，一套夾具可配套多組不同規(guī)格的夾持瓦。如圖6所示為內(nèi)套筒的優(yōu)選實施例結(jié)構(gòu)示意圖，所述內(nèi)套筒底邊321’呈圓弧狀， 所述圓弧與安裝孔同心，同樣的與之相適配的夾持瓦的底邊也為與內(nèi)套筒底邊321’相同的圓弧狀，圓弧狀的底邊可保證試件受力均勻。本發(fā)明的安裝夾緊過程安裝試件前，現(xiàn)將內(nèi)套筒3旋入外套筒1中，頂桿2旋入外套筒1中，再根據(jù)試件直徑選擇一種合適規(guī)格的三片夾持瓦4分別插入內(nèi)套筒3的導向槽32中，一端與頂桿2頂端接觸；安裝試件時，將試件插入三片夾持瓦4所包圍的安裝孔中，直至與頂桿2相接觸；將頂桿2進一步旋進套筒中，頂住夾持瓦4向套筒外運動同時在套筒錐體形內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用下，三片夾持瓦逐漸夾緊試件，直至無法旋動為止，夾持瓦4在頂桿1、套筒、試件5的作用下產(chǎn)生機械自鎖現(xiàn)象，實現(xiàn)對試件5的預夾緊。試件在預夾緊的前提下.保證了試件與夾持瓦間的接觸.靜摩擦軸向力大于套筒對夾持瓦的軸向作用力和夾持瓦與套筒的摩擦阻力之和。從而使試件在拉伸過程中隨著負荷的增加，夾持瓦在力作用下作軸向移動和徑向移動.夾持瓦對試件的正應力也相應增加， 實現(xiàn)夾具對試件的可靠夾持。夾具選材的原則是保證材料在高溫環(huán)境下的力學性能，在試驗過程中不發(fā)生變形。在反復多次試驗后，不發(fā)生明顯的腐蝕，保證夾具的使用壽命。因此夾具體(內(nèi)外套筒、 頂桿)選用高溫合金GH4169最為合適，因考慮到在高溫環(huán)境下夾持瓦套筒導槽內(nèi)脹死的情況出現(xiàn)致使試件無法從夾具中取出，夾持瓦應選用膨脹系數(shù)比GH4169小的GH4049。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求書所限定的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種高溫拉伸夾具，用于夾持作高溫拉伸性能的管材試件(5)，其特征在于，包括 一外套筒(1)，所述外套筒具有一階梯狀連接孔(11)；一頂桿(2)，安裝在外套筒連接孔(11)小孔徑一端，可在連接孔(11)中移動并定位； 一內(nèi)套筒(3)，所述內(nèi)套筒底端安裝在外套筒連接孔大孔徑一端，具有一安裝孔(31)， 所述安裝孔(31)圓周邊緣具有一組導向槽(32)，所述導向槽底邊(321)與孔中心軸的夾角 (θ )大于0° ；一組與導向槽數(shù)量相同的夾持瓦(4)，所述夾持瓦(4)具有安裝部(41)和夾緊部(42)， 所述安裝部(41)與所述導向槽(32)相配合安裝，所述安裝部(41)底邊的斜度與導向槽 (32)底邊斜度一致，所述夾緊部(42)具有與試件相接觸的弧形夾緊面(421)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫拉伸夾具，其特征在于，所述導向槽底邊(321)呈圓弧狀，所述圓弧與所述安裝孔(31)同圓心。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高溫拉伸夾具，其特征在于，所述夾角(θ)范圍為3° 8°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高溫拉伸夾具，其特征在于，所述頂桿(2)頂端中心具有一盲孔(21 )，所述盲孔(21)直徑大于等于所述夾具所能夾持試件的最大直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高溫拉伸夾具，其特征在于，所述一組夾持瓦(4)為3個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫拉伸夾具，其特征在于，所述夾緊面(421)表面呈鋸齒狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫拉伸夾具，其特征在于，所述頂桿(2)與外套筒(1) 連接孔(11)的連接為螺紋連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫拉伸夾具，其特征在于，所述內(nèi)套筒(3)安裝孔(31) 呈階梯狀，所述內(nèi)套筒底端孔(311)的孔徑大于等于頂桿(2)的直徑，所述內(nèi)套筒頂端孔 (312)的孔徑大于等于試件(5)的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8之一所述的一種高溫拉伸夾具，其特征在于，所述夾具材質(zhì)為高溫合金，其中夾持瓦(4)的膨脹系數(shù)最小。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高溫拉伸夾具，其特征在于，所述外套筒(1)、頂桿(2)、 內(nèi)套筒(3 )為高溫合金GH4169，夾持瓦(4)為高溫合金GH4049。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫拉伸管材夾具，主要用于高溫拉伸性能檢測要求.GB/T4338-2006的管材試樣，此高溫夾具包括一外套筒；一頂桿；一內(nèi)套筒，所述內(nèi)套筒底端安裝在外套筒連接孔大孔徑一端，具有一安裝孔，所述安裝孔圓周邊緣具有一組導向槽，所述導向槽底部與孔中心軸的夾角大于0°；一組與導向槽數(shù)量相同的夾持瓦，所述夾持瓦具有安裝部和夾緊部，所述安裝部與所述導向槽相配合安裝，所述安裝部底邊的斜度與導向槽底邊斜度一致，所述夾緊部具有與試件相接觸的弧形夾緊面。本發(fā)明不但能提供可靠的夾持狀態(tài)，保證規(guī)定非比例延伸強度Rp0.2檢測的質(zhì)量，而且夾持范圍覆蓋面大，使用一套夾具就可滿足高溫拉伸試驗標準直徑范圍內(nèi)管材試件的使用。
文檔編號G01N3/04GK102288482SQ20111012202
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者吳文強, 陳晨楓 申請人:常熟市良益金屬材料有限公司