專利名稱：一種塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及高速拉伸瞬時夾緊低波動率夾具，尤其是涉及一種塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具。
背景技術(shù)：
塑料材料的動態(tài)性能參數(shù)非常重要，尤其是在采用非線性有限單元分析工具進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)，因為不準(zhǔn)確材料性質(zhì)會導(dǎo)致不準(zhǔn)確性能預(yù)測。與金屬材料相比塑料材料在高速拉伸情況下失效應(yīng)力小(< IOOMPa)，失效應(yīng)變大(> 100% )，被測試樣條尺寸更短更窄。需要考慮試驗機拉伸時慣性影響和由于拉伸導(dǎo)致樣條內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變不均勻分配性等問題，同時怎樣實現(xiàn)樣條在動態(tài)高速情況下拉伸失效。目前，對塑料動態(tài)性能處理普遍采用利用空行程原理來實現(xiàn)樣條在一定速度下被動態(tài)拉伸，獲取塑料材料高速動態(tài)力學(xué)性能?，F(xiàn)有技術(shù)中常用的一種用來實現(xiàn)塑料材料高速拉伸測試的試驗機如圖1所示，該試驗機包括動夾頭1、靜夾頭2以及設(shè)置于該動靜夾頭之間的 鈴狀固定樣條3，該試驗機的碰撞面為圓錐形碰撞面(圓錐角為50° )。這種方法雖然能獲取塑料材料一些相關(guān)的力學(xué)性能，但無法全面獲取塑料材料的動態(tài)力學(xué)相關(guān)性能，被測量樣條尺寸限制在一定范圍內(nèi)，而且會導(dǎo)致因碰撞而產(chǎn)生系統(tǒng)震蕩對樣條應(yīng)力應(yīng)變場均勻性影響，致使獲得最后相關(guān)參數(shù)不準(zhǔn)確?，F(xiàn)有技術(shù)中常用的另一種測試機如圖2(a)和圖2(b)所示，該試驗機包括上夾頭 10、下夾頭20以及通過螺栓固定的壓條30，該測試機的碰撞面為球形碰撞面。這種測試機雖然解決了因碰撞而產(chǎn)生系統(tǒng)震蕩對樣條應(yīng)力應(yīng)變場均勻性影響，但是被測試樣條某些參數(shù)測量不方便，其次會產(chǎn)生應(yīng)力波反射問題，而且被測試樣條螺栓穿過處易產(chǎn)生應(yīng)力集中， 破壞應(yīng)力應(yīng)變均勻性。樣條夾持操作不便，表面易損壞。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種塑料材料高速動態(tài)瞬時夾緊低波動率夾具，能夠有效實現(xiàn)測量塑料材料高速動態(tài)力學(xué)性能測試。解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具，其特征在于，包括用于夾持塑料材料的沿著拉伸方向上的中心軸彼此間隔設(shè)置的上夾頭和下夾頭；固定設(shè)置于所述上夾頭頂部的力傳感器；沿著所述中心軸延伸并固定設(shè)置于所述下夾頭底部的碰撞桿，所述碰撞桿包括圓柱形的上桿和從所述上桿的底部軸向延伸且直徑逐漸增大的圓臺形的下桿；與所述碰撞桿在所述中心軸方向上相對運動的碰撞塊，所述碰撞塊具有容置部分所述碰撞桿的半封閉的空腔，所述空腔包括同軸設(shè)置的圓柱形的上部空腔、圓臺形的中部空腔和圓柱形的下部空腔，其中，所述上部空腔的直徑略大于碰撞桿的上桿的直徑，所述中部空腔的形狀與所述碰撞桿的下桿配合，而所述下部空腔的直徑略大于碰撞桿的下桿的直徑。[0009]所述上夾頭和所述下夾頭的結(jié)構(gòu)相同，分別包括外部框架，軸向設(shè)置于所述外部框架內(nèi)的彼此平行的兩彈簧片和用于在徑向上擠壓夾緊所述兩彈簧片的螺栓。所述碰撞桿的上桿通過螺紋與所述下夾頭固定連接。所述碰撞桿的下桿的外輪廓線與所述中心軸之間的夾角< 15°。所述碰撞桿為空心桿結(jié)構(gòu)。所述碰撞塊采用分體式結(jié)構(gòu)，包括通過螺栓連接的上碰撞塊和下碰撞塊，所述上碰撞塊具有上部空腔和中部空腔，所述下碰撞塊具有下部空腔。所述碰撞桿由質(zhì)量小而剛性大的材料制成。所述材料為鋁合金。所述碰撞塊是剛性小的材料。所述材料為碳纖維。本實用新型提供的塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具在有限空間尺寸限制下，采用空行程結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)動態(tài)拉伸效果，使得材料在一定速度和拉力下被測試，滿足 JSA中關(guān)于塑料材料測試要求。通過采用錐形碰撞面與中心線夾角< 15°設(shè)計，減少由于碰撞引起的波動。通過采用分體式碰撞塊結(jié)構(gòu)，降低了試驗的成本，方便零件的更換。通過提高整個夾具的輕量化設(shè)計，減少夾具的速度峰值和速度波動。通過采用組合式輕型夾頭設(shè)計實現(xiàn)對樣條夾緊。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中已知的用來實現(xiàn)塑料材料高速拉伸測試的試驗機的局部示意圖；圖2 (a)、(b)分別為現(xiàn)有技術(shù)中另一已知的用來實現(xiàn)塑料材料高速拉伸測試的試驗機的局部示意圖以及局部放大圖；圖3 (a)、(b)分別為本實用新型的塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具總體結(jié)構(gòu)剖面圖以及局部放大圖；圖4為本實用新型的塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具的上、下夾頭的立體示意圖；圖5為本實用新型的塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具的碰撞桿的剖面圖；圖6為本實用新型的塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具的碰撞塊的剖面圖；圖7 (a)、(b)示出了本實用新型的塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具的實驗過程的剖面圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖3(a)和圖3(b)所示，根據(jù)本實用新型的塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具包括沿著中心軸χ設(shè)置的力傳感器400、上夾頭100、下夾頭200、碰撞桿500和碰撞塊600。[0028]其中，所述上夾頭I00和所述下夾頭200用于夾持沿著所述中心軸χ延伸的塑料材料，并且在軸向上間隔開一定距離彼此獨立。所述力傳感器400固定連接于所述上夾頭 100的頂部。所述碰撞桿500沿著所述中心軸X延伸并固定連接于所述下夾頭200底部。所述碰撞桿500在所述碰撞塊400內(nèi)的半封閉的空腔內(nèi)在所述中心軸χ方向上可相互移動。其中，所述上夾頭100的結(jié)構(gòu)優(yōu)選為與下夾頭200的結(jié)構(gòu)彼此相同。以上夾頭100 為例，具體如圖4所示，包括外部框架101，軸向設(shè)置于該外部框架101內(nèi)的彼此平行的彈性片102和103，以及用于在徑向上擠壓夾緊兩彈性片的螺栓104。當(dāng)樣條被固定于兩彈性片102和103之間時，依靠螺栓104的扭力和各彈性片的彈力實現(xiàn)對樣條的夾緊。因此對樣條表面無損壞，不會影響樣條應(yīng)力應(yīng)變均勻性。其中，沿著所述中心軸χ延伸并固定連接于所述下夾頭200底部的所述碰撞桿500 如圖5所示(參閱圖3)，包括圓柱形的上桿501和從所述上桿501的底部511軸向延伸且直徑逐漸增大的圓臺形(又稱喇叭形)的下桿502，即下桿502的喇叭口 512的直徑大于上桿501的直徑。根據(jù)本實用新型的一個優(yōu)選實施例，該碰撞桿500的上桿501與下夾頭200通過螺紋固定連接。下桿502示出為圓臺形，其外輪廓線(即碰撞面)與中心軸χ之間的夾角 <15°并>0°，使得速度波動、速度峰值、達(dá)到目標(biāo)速度時間和屈服段力-位移曲線吻合度達(dá)到最優(yōu)化，滿足速度穩(wěn)定性要求。根據(jù)本實用新型的一個優(yōu)選實施例，該碰撞桿500示出為空心桿結(jié)構(gòu)，如圖5所示，使得整體優(yōu)化組合使得拉桿質(zhì)量輕巧，更進(jìn)一步減少夾具速度峰值和波動。根據(jù)本實用新型的一個優(yōu)選實施例，該碰撞桿500由質(zhì)量小而剛性大的材料制成，例如鋁合金，使得相對于碰撞塊材料一定時，有利于降低夾具的速度峰值，減少速度波動。如圖6所示(參閱圖5)，所述碰撞塊600內(nèi)設(shè)有半封閉的空腔610，該空腔610包括圓柱形的上部空腔611、圓臺形的中部空腔612和圓柱形的下部空腔613。其中，所述上部空腔611的直徑略大于碰撞桿500的上桿501的直徑，即上部空腔611與上桿501間隙配合。所述中部空腔612的尺寸與下桿502的外輪廓線間隙配合。所述下部空腔的直徑略大于碰撞桿500的下桿502的喇叭口 512的直徑。根據(jù)本實用新型的一個優(yōu)選實施例，該碰撞塊600采用分體式結(jié)構(gòu)，如圖6所示， 包括上碰撞塊601和下碰撞塊602，兩碰撞塊601和602通過螺栓連接。該上碰撞塊601內(nèi)具有上述上部空腔611和中部空腔612，而下碰撞塊602內(nèi)具有下部空腔613。該分體式的結(jié)構(gòu)方便更換，降低了試驗成本。由于其碰撞面是錐形接觸面，有效減少了碰撞后的速度波動，滿足SAE J24797. 1中關(guān)于塑料材料拉伸試驗速度波動不得超過15%的要求。根據(jù)本實用新型的一個優(yōu)選實施例，碰撞塊600采用剛性小的材料，例如碳纖維， 相對于碰撞桿材料一定時，有利于延遲夾頭達(dá)到設(shè)定速度的時間，降低速度峰值，減少碰撞時波動，符合力-位移吻合。根據(jù)本實用新型的塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具的實驗過程如圖7 所示。其中，圖7(a)示出的是拉伸前的狀態(tài)，上夾頭100和下夾頭200由于其所夾持的塑料材料的靜態(tài)長度而位置固定，另外，由于碰撞桿500與下夾頭200固定連接，因此，碰撞桿 500位置固定。在碰撞塊600的下部與直線電機(圖未示)相連，使得碰撞塊600可在電機的作用下沿著中心軸χ向下運動。圖7(b)示出的是拉伸后的狀態(tài)，由于碰撞塊600向下運動，碰撞桿500在碰撞塊600內(nèi)的下部空腔613內(nèi)移動，隨即移動至下桿502與中部空腔 612間隙配合，由于下桿502的喇叭口 512的截面直徑大于上部空腔611的直徑，使得碰撞桿500的圓臺形下桿502不能從上部空腔611中逃逸出，使得下桿502的外輪廓線(碰撞面)與上碰撞塊601發(fā)生碰撞，最終通過位于上夾頭100頂部的力傳感器400進(jìn)行測定。
權(quán)利要求1.一種塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具，其特征在于，包括用于夾持塑料材料的沿著拉伸方向上的中心軸彼此間隔設(shè)置的上夾頭和下夾頭；固定設(shè)置于所述上夾頭頂部的力傳感器；沿著所述中心軸延伸并固定設(shè)置于所述下夾頭底部的碰撞桿，所述碰撞桿包括圓柱形的上桿和從所述上桿的底部軸向延伸且直徑逐漸增大的圓臺形的下桿；與所述碰撞桿在所述中心軸方向上相對運動的碰撞塊，所述碰撞塊具有容置部分所述碰撞桿的半封閉的空腔，所述空腔包括同軸設(shè)置的圓柱形的上部空腔、圓臺形的中部空腔和圓柱形的下部空腔，其中，所述上部空腔的直徑略大于碰撞桿的上桿的直徑，所述中部空腔的形狀與所述碰撞桿的下桿配合，而所述下部空腔的直徑略大于碰撞桿的下桿的直徑。
2.如權(quán)利要求1所述的塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具，其特征在于，所述上夾頭和所述下夾頭的結(jié)構(gòu)相同，分別包括外部框架，軸向設(shè)置于所述外部框架內(nèi)的彼此平行的兩彈簧片和用于在徑向上擠壓夾緊所述兩彈簧片的螺栓。
3.如權(quán)利要求1所述的塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具，其特征在于，所述碰撞桿的上桿通過螺紋與所述下夾頭固定連接。
4.如權(quán)利要求1所述的塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具，其特征在于，所述碰撞桿的下桿的外輪廓線與所述中心軸之間的夾角< 15°。
5.如權(quán)利要求1所述的塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具，其特征在于，所述碰撞桿為空心桿結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具，其特征在于，所述碰撞塊采用分體式結(jié)構(gòu)，包括通過螺栓連接的上碰撞塊和下碰撞塊，所述上碰撞塊具有上部空腔和中部空腔，所述下碰撞塊具有下部空腔。
7.如權(quán)利要求1所述的塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具，其特征在于，所述碰撞桿的材料為鋁合金。
8.如權(quán)利要求1所述的塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具，其特征在于，所述碰撞塊的材料為碳纖維。
專利摘要本實用新型提供一種塑料材料高速拉伸瞬時夾緊低波動率的夾具，包括夾持塑料材料的沿著拉伸方向上的中心軸彼此間隔開設(shè)置的上夾頭和下夾頭；同軸固定設(shè)于上夾頭頂部的力傳感器；同軸固定設(shè)于下夾頭底部的碰撞桿，包括上桿和從上桿的底部軸向延伸且直徑逐漸增大的下桿；軸向上與碰撞桿相對運動的碰撞塊，具有容置部分碰撞桿的半封閉的空腔，空腔包括上部空腔、中部空腔和下部空腔，上部空腔的直徑略大于碰撞桿的上桿的直徑，中部空腔的形狀與碰撞桿的下桿配合，而下部空腔的直徑略大于碰撞桿的下桿的直徑。其優(yōu)點在于利用碰撞桿與碰撞塊之間的空行程來實現(xiàn)材料在一定速度和力作用下被測試，從而得到材料的相關(guān)的動態(tài)力學(xué)性能。
文檔編號G01N3/04GK202204727SQ20112020274
公開日2012年4月25日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者徐新虎, 李桂琴, 蔡欣, 賀懿, 郭慶 申請人:上海大學(xué), 延鋒偉世通汽車飾件系統(tǒng)有限公司