內(nèi)壁自鎖整體管材高溫拉伸試驗夾具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測試整體管材高溫拉伸性能的試驗夾具，尤其是測試薄壁管材(壁厚小于2mm)全管段試樣高溫拉伸性能試驗夾具，具體涉及一種內(nèi)壁自鎖式整體管材高溫拉伸試驗夾具。
【背景技術(shù)】
[0002]為表征材料在高溫環(huán)境下的力學(xué)性能，通常需要進行一系列高溫力學(xué)性能測試試驗，其中之一是高溫拉伸試驗。該試驗是在規(guī)定溫度下對試樣施加拉力，一般拉伸至斷裂，由此測定一項或多項高溫力學(xué)性能指標(biāo)，以期表征材料的高溫力學(xué)性能或行為。公知的高溫拉伸試驗主要是通過高溫拉伸試驗機來實現(xiàn)的，此設(shè)備能提供試驗所需的試驗載荷和試驗溫度。高溫拉伸試樣分為夾持段和試驗段，由于不同種類試樣在試驗實現(xiàn)方式上的區(qū)別主要是夾持方式，基于設(shè)備通用性的考慮，針對諸如棒材試樣、板材試樣和管材試樣等不同幾何尺寸類型的試樣，現(xiàn)行的解決方案是使用對應(yīng)規(guī)格的試驗夾具將試樣與試驗設(shè)備相連接，并由此將試驗設(shè)備提供的拉伸力傳遞至試樣試驗段進行試驗。其中棒材和板材試樣應(yīng)用較廣，為了解決試樣打滑及斷于根部的現(xiàn)象，主要采用螺紋連接和銷釘連接。管材試樣分為剖管試樣和整體管材試樣，目前國內(nèi)進行剖管管材高溫拉伸試驗是將整管切取成條狀后使用類似板材的試樣夾持方式與高溫拉伸設(shè)備連接并進行試驗，在保持平行長度部分的試樣段不壓變形的前提下，壓扁夾持段的兩頭部以便夾持。但這種方式的不足之處在于不能真實反映整個管材高溫環(huán)境下力學(xué)性能，而且加工繁瑣，成本較高。在現(xiàn)有技術(shù)中，整體管材試驗夾持方式主要分為兩類。一類是在管材頭部通過焊接一對帶螺紋的堵頭，堵頭與管材通過焊接連接，然后利用堵頭的螺紋和夾具螺紋相連，進行高溫拉伸試驗。該方法雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是每次試驗時均需要根據(jù)管材的內(nèi)徑尺寸加工與之配合的堵頭，增加了工序和成本。其次，堵頭與管材進行焊接連接，焊接質(zhì)量的好壞增加了試驗的不確定性，同時焊接時的溫度會對管材造成一定的影響，降低了管材高溫性能試驗的可信度。另一類是在管材夾持段內(nèi)管中塞入與管材內(nèi)徑相匹配的塞頭，塞頭主要靠與管內(nèi)徑的過盈配合來保證，然后通過楔形夾具夾持。該方法利用了室溫拉伸的夾具，減少了高溫拉伸夾具的成本，但是每次也需要根據(jù)管材的內(nèi)徑進行加工配套的塞頭，因塞頭與管材內(nèi)徑過盈配合，而管材本身的內(nèi)徑難免會有一定的尺寸偏差，導(dǎo)致過盈配合難以保證。其次，加入塞頭的管材在室溫夾具夾持時不可避免的發(fā)生管材夾持端被擠壓變形，從而導(dǎo)致管材高溫拉伸時易出現(xiàn)在夾持端斷裂，使得試驗無效。
[0003]中國專利公告號為CN102288482B公開的《一種高溫拉伸夾具》，公開了一種主要用于管材試樣高溫拉伸性能檢測的整管高溫拉伸管材夾具，該高溫夾具包括: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(dǎo)向槽，所述導(dǎo)向槽底部與孔中心軸的夾角大于0ο，一組與導(dǎo)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(dǎo)向槽相配合安裝，所述安裝部底邊的斜度與導(dǎo)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。
[0004]中國專利公布號為CN103630447A公開的《一種金屬管材整體高溫拉伸檢測方法及其專用夾具》，公開了一種金屬管材整體高溫拉伸檢測方法及其專用夾具，其中:所述管材夾具由夾具套管、頂絲和夾錐組成，夾持整體管材試驗件時，將管材伸到夾錐中，通過頂絲旋轉(zhuǎn)擠壓夾錐，使其鎖緊管材試驗件。
[0005]上述兩項專利申請都在一定程度上解決了整體管材高溫拉伸的夾持不牢固的問題，但不足之處在于都是基于管材內(nèi)部進行封堵，外部進行夾持的方式。這種方式依然需要在每次試驗時加工與管材配合塞頭并消耗掉，并且試驗夾具較大且通常高溫拉伸試驗加熱爐內(nèi)膛尺寸較小，容易出現(xiàn)試驗夾具安裝困難的問題;若將管材尺寸增長，將夾持部分置于加熱設(shè)備以外，雖然能夠避免出現(xiàn)試驗夾具安裝困難的問題，但是不足之處是一方面增加了管材的長度，浪費原材料，另一方面管材試驗段整體處于加熱爐內(nèi)，難于保證試驗段的溫度均勻性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決現(xiàn)有管材高溫拉伸試驗夾具存在的不足之處，本發(fā)明的目的是提供一種安裝便捷、夾具體積小，通用性好，無需使用塞頭、夾持牢固，且不會出現(xiàn)試樣斷于夾持端的內(nèi)壁自鎖型整體管材高溫拉伸試驗夾具。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種內(nèi)壁自鎖型整體管材高溫拉伸試驗夾具，包括通過一端連接試驗機拉桿的連接頭I和鎖緊整體管材管體內(nèi)壁的滑移鎖緊部件，其特征在于:滑移鎖緊部件包括滑塊5和彈性鎖環(huán)6，其中，滑塊5由至少三個獨立且按圓周等分均布的內(nèi)斜面塊組成，三個獨立的滑塊5由彈性鎖環(huán)6均布固連，彈性鎖環(huán)6通過銷釘與滑塊5圓周上分布的鉚釘孔12同軸固連，滑塊5上端內(nèi)斜面向外擴張，脹開滑移鎖緊部件的開口尺寸后卡入錐體聯(lián)動滑芯4下端圓錐面連接組成滑移鎖緊部件，連接頭I通過螺紋桿2進入鎖緊螺母3中空孔連接錐體聯(lián)動滑芯4，向下旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母3，錐體聯(lián)動滑芯4向下推動三個滑塊5沿徑向方向內(nèi)捏，直到鎖緊螺母下部開口端上的卡環(huán)9卡入到滑5塊環(huán)槽10內(nèi)，彈性鎖環(huán)6向下微凸驅(qū)動滑塊5內(nèi)縮，促進滑塊5的內(nèi)錐斜面11與錐體聯(lián)動滑芯4的圓錐面相貼合，帶動滑塊5向下移動，提供向外的預(yù)緊力卡緊管材內(nèi)壁。
[0008]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
1.安裝便捷、夾具體積小。本發(fā)明采用內(nèi)壁自鎖的方式鎖緊管材夾持段，在安裝試樣時，將鎖緊螺母3下旋，此時滑塊5沿錐體聯(lián)動滑芯4的圓錐面向下運動，與此同時滑塊外圓面直徑增加。當(dāng)滑塊外圓面尺寸增加到大于管材內(nèi)徑尺寸后，則固定住管材夾持端并產(chǎn)生預(yù)緊張力。同時，滑塊5外圓面鋸齒部分錐入管材內(nèi)壁，增大管材內(nèi)壁與滑塊外圓面的摩擦。安裝便捷、夾具體積小。
[0009]2.無需使用塞頭、夾持牢固。本發(fā)明滑移鎖緊部件通過錐體聯(lián)動滑芯擴張以及圓形錐度配合，使得被鎖緊的整體管材管體內(nèi)壁受力均勻，管件不易變形?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)塞頭尺寸較長，夾持后易造成管壁不均勻變形，試樣易在夾持端斷裂的缺陷。而且由于內(nèi)壁夾持型高溫拉伸試驗夾具與管材連接后整體尺寸為管材外徑尺寸，大大縮小了其在加熱爐中所占空間。若不考慮其它特殊情況，加熱爐空間只需略大于管材外徑尺寸，由此配合極小加熱爐使用，可大大節(jié)約加熱空間，短時間內(nèi)試樣即可升溫至試驗溫度，節(jié)能高效，意義巨大。
[0010]3.不會出現(xiàn)試樣斷于夾持端。本發(fā)明采用三個獨立且均布的內(nèi)斜面塊滑塊組成的滑塊部件內(nèi)壁自鎖方式進行管材夾持，無需使用塞頭且所需試驗段長度短，對試樣力學(xué)影響小，不會斷裂在試樣夾持端。不僅避免了因塞頭過長造成的管材試驗段尺寸變化，也避免了傳統(tǒng)夾具夾緊管材外壁帶來的管壁變形，并由此產(chǎn)生的夾持段和試驗段過渡區(qū)應(yīng)力集中，試樣斷裂在夾持端。
[0011]4.夾持穩(wěn)定、牢固。本發(fā)明采用隨試驗力的增加，夾緊力隨之增加的斜面夾緊結(jié)構(gòu)，試樣試驗過程中夾持穩(wěn)定，夾具提供的拉伸方向摩擦力足夠大且穩(wěn)定。公知的摩擦力影響因素是摩擦副相互間摩擦系數(shù)和正壓力，且都成正比。本發(fā)明采用滑塊5與錐體聯(lián)動滑芯4構(gòu)成的滑塊組件，由于相對位置變化和管材壁的束縛則會對管材壁產(chǎn)生更大的橫向正壓力，由此提供足夠的拉伸方向摩擦力和內(nèi)壁自鎖方式實現(xiàn)管材試樣夾持，軸向拉伸載荷越大，軸向拉伸載荷越大，橫向夾持力越大，夾持越牢固。
[0012]5.通用性好。本發(fā)明采用內(nèi)壁自鎖式夾持方式，通過滑動部件與錐體聯(lián)動滑芯4的相對位置改變來緊固管材內(nèi)壁，達到緊固夾持的效果，理論上可以夾持管材內(nèi)徑為(錐體聯(lián)動滑芯底徑+2X滑塊底厚)到(錐體聯(lián)動滑芯底徑+2X滑塊頂厚)的管材。通過制得少數(shù)幾套規(guī)格的夾具即可進行較大管材內(nèi)徑變化范圍的整體管材高溫拉伸試驗，夾具通用性好。
[0013]6.可以進行低強度管和薄壁管高溫拉伸試驗。本發(fā)明采用外管固定卡箍7緊固外管壁，特別是夾持低強度管或薄壁管，不僅提供了足夠的夾持力，而且夾持力分布均勻，不會出現(xiàn)導(dǎo)管夾持端變形，也避免了傳統(tǒng)整體管材夾具中使用帶螺紋的堵頭需要進行焊接連接，試樣試驗段和夾持段過渡區(qū)域易變形，試驗時易從焊接點拉裂而導(dǎo)致試驗無效，試樣斷裂在夾持端的現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0015]圖1是整體管材高溫拉伸試驗內(nèi)壁自鎖夾具結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是圖1的鎖緊螺母剖面示意圖。
[0017]圖3是圖1中滑塊與彈性鎖環(huán)裝配示意圖。
[0018]圖中:I連接頭，2螺紋桿，3鎖緊螺母，4錐體聯(lián)動滑芯，5滑塊，6彈性鎖環(huán)，7外管固定卡箍，8整體管材試樣，9滑塊卡環(huán)，10滑塊卡槽，11滑塊內(nèi)斜面，12彈性鎖環(huán)鉚釘孔。
【具體實施方式】
[0019]參閱圖1-圖3。如圖1所示公開了兩件結(jié)構(gòu)尺寸完全相同，分別連接高溫拉伸試驗設(shè)備上、下拉桿的內(nèi)壁自鎖整體管材高溫拉伸試驗夾具的一種較優(yōu)方案。主要由連接頭1、螺紋桿2、鎖緊螺母3、錐體聯(lián)動滑芯4、滑塊5、彈性鎖環(huán)6和滑塊卡環(huán)9組成上述夾具，通過它的連接頭I與試驗機的拉桿銷釘連接，并固連到試驗機拉桿，由試驗機橫梁帶動拉桿從而帶動管材拉伸夾具和整