一種金屬薄板電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試裝置制造方法
【專利摘要】一種金屬薄板電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試裝置，它涉及一種力學(xué)性能測試裝置。本發(fā)明為了解決目前國內(nèi)外沒有相關(guān)資料可參考，需要解決微拉伸夾具的通電與絕緣、微小試樣的夾持形式、試樣溫度控制與采集、電流參數(shù)采集的問題。本發(fā)明的力傳感器安裝在萬能材料試驗機(jī)移動橫梁下部，兩組夾具體對稱安裝在萬能材料試驗機(jī)上，微拉伸試樣安裝在兩組夾具體之間，脈沖電源的兩端分別通過一個紫銅電極與兩組夾具體連接，數(shù)字儲存型示波器通過霍爾電流探頭與脈沖電源連接，脈沖電源、兩個紫銅電極、兩組夾具體和微拉伸試樣之間形成回路，紅外熱像儀和工業(yè)吹風(fēng)機(jī)通過支架安裝在萬能材料試驗機(jī)的兩側(cè)。本發(fā)明用于電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試。
【專利說明】一種金屬薄板電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微拉伸力學(xué)性能測試裝置，具體涉及一種金屬薄板電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試裝置，屬于微拉伸力學(xué)性能測試領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]材料在電的作用下，變形抗力降低，塑性提高，稱為電塑性效應(yīng)。自上世紀(jì)60年代電塑性效應(yīng)發(fā)現(xiàn)以來，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量關(guān)于電塑性機(jī)制及其成形工藝的研宄。與傳統(tǒng)的溫?zé)岢尚渭庸すに囅啾?，電流輔助塑性成形工藝具有成形周期短、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)越性。目前，國內(nèi)的清華大學(xué)和燕山已經(jīng)各自研制了電塑性拉拔裝置，上海交通大學(xué)也開發(fā)了電塑性滾壓包邊裝置。然而，關(guān)于將電致塑性效應(yīng)引入微成形工藝研宄的報道較少。電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試裝置是研宄電流輔助微成形電塑性效應(yīng)的主要設(shè)備，目前國內(nèi)外沒有相關(guān)資料可參考，需要解決微拉伸夾具的通電與絕緣、微小試樣的夾持形式、試樣溫度控制與采集、電流參數(shù)采集的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決目前國內(nèi)外沒有相關(guān)資料可參考，需要解決微拉伸夾具的通電與絕緣、微小試樣的夾持形式、試樣溫度控制與采集、電流參數(shù)采集的問題，進(jìn)而提供一種金屬薄板電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試裝置。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種金屬薄板電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試裝置包括單向拉伸試驗裝置、電流發(fā)生及電參數(shù)采集裝置和溫控及溫度采集裝置，所述單向拉伸試驗裝置包括兩組夾具體、力傳感器和萬能材料試驗機(jī)，力傳感器安裝在萬能材料試驗機(jī)移動橫梁下部，兩組夾具體通過銷釘連接對稱安裝在萬能材料試驗機(jī)上，微拉伸試樣安裝在兩組夾具體之間，電流發(fā)生及電參數(shù)采集裝置包括脈沖電源、數(shù)字儲存型示波器、霍爾電流探頭和兩個紫銅電極，脈沖電源的兩端分別通過一個紫銅電極與兩組夾具體連接，數(shù)字儲存型示波器通過霍爾電流探頭與脈沖電源連接，脈沖電源、兩個紫銅電極、兩組夾具體和微拉伸試樣之間形成回路，溫控及溫度采集裝置包括紅外熱像儀和工業(yè)吹風(fēng)機(jī)，紅外熱像儀和工業(yè)吹風(fēng)機(jī)通過支架安裝在萬能材料試驗機(jī)的兩側(cè)。
[0005]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果:
[0006]1、本發(fā)明的夾具體的絕緣采用具有優(yōu)良電氣絕緣性能(普通產(chǎn)品的耐電壓擊穿指標(biāo)就高達(dá)20KV/mm)、耐高溫(可在800-1000°C長期使用)的硬質(zhì)云母板，定位結(jié)構(gòu)采用氧化鋁陶瓷圓柱銷，具有安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]2、本發(fā)明的夾具結(jié)構(gòu)簡單，夾持牢固:夾具結(jié)構(gòu)采用楔形夾緊結(jié)構(gòu)，與對夾夾具相比，雖然初始夾緊力小些，但夾緊力隨試驗力增加而增加；左楔形夾塊和右楔形夾塊夾持平面作齒紋處理以增加微拉伸試樣與楔形夾塊之間的靜摩擦力系數(shù)，靜摩擦力系數(shù)在0.35-0.5 之間。
[0008]3、本發(fā)明采用強(qiáng)迫風(fēng)冷對電流輔助拉伸試樣冷卻，由于微拉伸試樣表面積與體積比明顯增大，因此冷卻效果顯著。
[0009]4、本發(fā)明采用非接觸式溫度測量，與傳統(tǒng)熱電偶測溫相比，能夠獲得試樣整體的溫度場分布云圖，測量結(jié)果準(zhǔn)確、直觀、方便。
[0010]5、本發(fā)明的電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試裝置集電輔助微拉伸試驗裝置、數(shù)據(jù)采集裝置為一體，結(jié)構(gòu)更加緊湊。
[0011]6、本發(fā)明利用電流發(fā)生器的直流和脈沖電流輸出能夠分別實(shí)現(xiàn)電流輔助加熱微拉伸力學(xué)性能測試和金屬薄板微拉伸純電致塑性效應(yīng)測試。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為電輔助微拉伸力學(xué)性能測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理示意圖。
[0013]圖2為微拉伸夾具的縱剖面半剖視圖。
[0014]圖3為微拉伸夾具通電方式示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1、圖2和圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種金屬薄板電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試裝置包括單向拉伸試驗裝置1、電流發(fā)生及電參數(shù)采集裝置2和溫控及溫度采集裝置3，所述單向拉伸試驗裝置I包括兩組夾具體1-1、力傳感器1-2和萬能材料試驗機(jī)1-4，力傳感器1-2安裝在萬能材料試驗機(jī)1-4移動橫梁下部，兩組夾具體1-1通過銷釘連接對稱安裝在萬能材料試驗機(jī)1-4上，微拉伸試樣1-3安裝在兩組夾具體1-1之間，電流發(fā)生及電參數(shù)采集裝置2包括脈沖電源2-1、數(shù)字儲存型示波器2-2、霍爾電流探頭2-3和兩個紫銅電極2-4，脈沖電源2-1的兩端分別通過一個紫銅電極2-4與兩組夾具體1-1連接，數(shù)字儲存型示波器2-2通過霍爾電流探頭2-3與脈沖電源2-1連接，脈沖電源2-1、兩個紫銅電極2-4、兩組夾具體1-1和微拉伸試樣1-3之間形成回路，溫控及溫度采集裝置3包括紅外熱像儀3-1和工業(yè)吹風(fēng)機(jī)3-2，紅外熱像儀3-1和工業(yè)吹風(fēng)機(jī)3-2通過支架安裝在萬能材料試驗機(jī)1-4的兩側(cè)。
[0016]本實(shí)施方式中套在回路導(dǎo)線上的霍爾電流探頭2-3為非接觸式大電流檢測元件，具有精度高、線性好、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)⑸鲜龌芈分械碾娏鬓D(zhuǎn)換成與其成正比的幾伏特電壓信號，然后顯示在示波器2-2上，根據(jù)電壓波形經(jīng)換算即可獲得(峰值)電流、脈沖寬度等電流參數(shù)。紅外熱像儀3-1能夠接受微拉伸試樣1-3的紅外輻射能量分布圖形進(jìn)而獲得紅外熱像圖，其與物體表面的熱分布場相對應(yīng)，達(dá)到非接觸測量試樣溫度的目的。工業(yè)吹風(fēng)機(jī)3-2用來加快試樣表面空氣流動，促進(jìn)試樣與空氣的熱交換，達(dá)到降低試樣溫度的目的。電輔助微拉伸試驗在萬能材料試驗機(jī)1-4上進(jìn)行，通過試驗機(jī)本身的位移與力測量裝置獲得力學(xué)性能實(shí)驗數(shù)據(jù)。設(shè)置單脈沖電源的輸出電流I㈧、頻率f (Hz)、占空比u(% )。脈沖電源2-1與萬能材料試驗機(jī)1-4同時啟動，實(shí)驗結(jié)束后斷開脈沖電源2-1和停止萬能材料試驗機(jī)1-4。這就實(shí)現(xiàn)了電輔助微拉伸實(shí)驗及其相關(guān)實(shí)驗參數(shù)的采集。
[0017]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的兩組夾具體1-1中的每組夾具體1-1均包括壓板1-1-1、云母絕緣板1-1-2、右楔形夾塊1-1-3、擋板1-1-4、下夾具體1-1-6、左楔形夾塊1-1-7、上夾具體1-1-12、兩個第一絕緣套管1-1-9、第二絕緣套管1-1-11和兩個氧化鋁陶瓷絕緣圓錐銷1-1-8。
[0018]壓板1-1-1旋合在下夾具體1-1-6的螺紋孔上，上夾具體1-1-12通過兩個內(nèi)六角螺栓1-1-10與下夾具體1-1-6緊固連接，云母絕緣板1-1-2設(shè)置在上夾具體1-1-12和下夾具體1-1-6之間，且上夾具體1-1-12和下夾具體1-1-6通過兩個氧化鋁陶瓷絕緣圓錐銷1-1-8定位，每個第一絕緣套管1-1-9套裝在一個內(nèi)六角螺栓1-1-10上將上夾具體1-1-12和下夾具體1-1-6分隔，第二絕緣套管1-1-11套裝在壓板1-1-1上，左楔形夾塊1-1-7和右楔形夾塊1-1-3扣合在壓板1-1-1下部并與下夾具體1-1-6的斜面配合安裝，擋板1-1-4固定在下夾具體1-1-6上。如此設(shè)置，便于夾持微拉伸試樣1-3。其它組成和連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0019]本實(shí)施方式的氧化鋁陶瓷絕緣圓柱銷1-1-8起到定位的作用，保證上、下夾具體中心軸線重合。
[0020]本實(shí)施方式的擋板1-1-4由內(nèi)六角螺釘1-1-5固定在下夾具體1-1-6上，限制左楔形夾塊1-1-7和右楔形夾塊1-1-3的水平方向自由度。對壓板1-1-1施加適中擰緊力矩使壓板沿Z軸負(fù)向運(yùn)動，對左楔形夾塊1-1-7和右楔形夾塊1-1-3施加正壓力沿著下夾具體1-1-6的滑配斜面運(yùn)動直到夾緊試樣為止。
[0021]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的左楔形夾塊1-1-7和右楔形夾塊1-1-3的夾持平面上設(shè)有齒紋。如此設(shè)置，增加微拉伸試樣與楔形夾塊之間的靜摩擦力系數(shù)。其它組成和連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的左楔形夾塊1-1-7和右楔形夾塊1-1-3的楔形角均為10°。如此設(shè)置，便于與下夾具體1-1-6的斜面配合安裝。其它組成和連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一、二或三相同。
[0023]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的左楔形夾塊1-1-7和右楔形夾塊1-1-3的底面均開有凹槽，兩個紫銅電極2-4分別通過一個銷釘1-1-13緊固在左楔形夾塊1-1-7和右楔形夾塊1-1-3的所述凹槽內(nèi)。如此設(shè)置，便于紫銅電極2-4與單向拉伸試驗裝置I的連接。其它組成和連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一、二、三或四相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】六:結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的第一絕緣套管1-1-9和第二絕緣套管1-1-11與上夾具體1-1-12之間均采用過渡配合。如此設(shè)置，防止電流通過內(nèi)六角螺釘1-1-10、上夾具體1-1-12流入萬能材料試驗機(jī)破壞實(shí)驗設(shè)備，與絕緣套管1-1-11作用相同。這就起到了夾具1-1與萬能材料試驗機(jī)1-4安全絕緣的目的。其它組成和連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一、二、三、四或五相同。
[0025]本發(fā)明的使用過程是:
[0026](I)試樣夾持。夾具體1-1上壓板1-1-1與下夾具體1-1-6螺紋連接，旋轉(zhuǎn)壓板1-1-1推動左楔形夾塊1-1-7和右楔形夾塊1-1-3沿下夾具體1-1-6的斜面向下運(yùn)動，通過斜楔夾緊機(jī)構(gòu)達(dá)到對試樣1-3的夾緊；
[0027](2)電流發(fā)生及其參數(shù)采集。脈沖電源2-1能夠產(chǎn)生直流與矩形波單脈沖電流，通過導(dǎo)線、固定在左楔形夾塊1-1-7和右楔形夾塊1-1-3上的紫銅電極2-4和夾具體1-1形成回路。電流參數(shù)由示波器2-2和霍爾電流探頭2-3采集，套在回路導(dǎo)線上的霍爾電流探頭2-3為非接觸式大電流檢測元件，能夠?qū)⑸鲜龌芈分械碾娏鬓D(zhuǎn)換成與其成正比的幾伏特電壓信號，然后顯示在示波器2-2上，根據(jù)電壓波形經(jīng)換算即可獲得(峰值)電流、脈沖寬度等電流參數(shù)。
[0028](3)溫控及溫度數(shù)據(jù)采集。紅外熱像儀3-1能夠接受試樣1-3的紅外輻射能量分布圖形進(jìn)而獲得紅外熱像圖，其與物體表面的熱分布場相對應(yīng)，達(dá)到非接觸測量試樣溫度的目的。為了避免金屬試樣各部分光澤不同弓I起發(fā)射率差異，造成測量錯誤，須在試樣表面涂覆相同發(fā)射率的高溫黑色涂料，并用熱電偶進(jìn)行溫度校準(zhǔn)。工業(yè)吹風(fēng)機(jī)3-2用來加快試樣表面空氣流動，促進(jìn)試樣與空氣的熱量交換，達(dá)到降低試樣溫度的目的。
[0029](4)電輔助微拉伸試驗。試樣通電后，在萬能材料試驗機(jī)1-4上進(jìn)行微拉伸試驗，通過試驗機(jī)本身的位移與力傳感器獲得力學(xué)性能實(shí)驗數(shù)據(jù)。
[0030]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明的，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，以及應(yīng)用到本發(fā)明未提及的領(lǐng)域中，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬薄板電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試裝置，其特征在于:它包括單向拉伸試驗裝置電流發(fā)生及電參數(shù)采集裝置(2)和溫控及溫度采集裝置(3),所述單向拉伸試驗裝置(1)包括兩組夾具體(1-1)、力傳感器(1-2)和萬能材料試驗機(jī)(1-4),力傳感器(1-2)安裝在萬能材料試驗機(jī)(1-4)移動橫梁下部，兩組夾具體(1-1)通過銷釘連接對稱安裝在萬能材料試驗機(jī)(1-4)上，微拉伸試樣(1-3)安裝在兩組夾具體(1-1)之間，電流發(fā)生及電參數(shù)采集裝置(2)包括脈沖電源(2-1)、數(shù)字儲存型示波器(2-2)、霍爾電流探頭(2-3)和兩個紫銅電極(2-4)，脈沖電源(2-1)的兩端分別通過一個紫銅電極(2-4)與兩組夾具體(1-1)連接，數(shù)字儲存型示波器(2-2)通過霍爾電流探頭(2-3)與脈沖電源(2-1)連接，脈沖電源(2-1^兩個紫銅電極(2-4^兩組夾具體(1-1)和微拉伸試樣(1-3)之間形成回路，溫控及溫度采集裝置(3)包括紅外熱像儀(3-1)和工業(yè)吹風(fēng)機(jī)(3-2)，紅外熱像儀(3-1)和工業(yè)吹風(fēng)機(jī)(3-2)通過支架安裝在萬能材料試驗機(jī)(1-4)的兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬薄板電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試裝置，其特征在于:兩組夾具體(1-1)中的每組夾具體(1-1)均包括壓板云母絕緣板右楔形夾塊擋板下夾具體左楔形夾塊上夾具體兩個第一絕緣套管第二絕緣套管(1-1-11)和兩個氧化鋁陶瓷絕緣圓錐銷(1-1-8)， 壓板(1-1-1)旋合在下夾具體(1-1-6)的螺紋孔上，上夾具體(1-1-12)通過兩個內(nèi)六角螺栓(1-1-10)與下夾具體(1-1-6)緊固連接，云母絕緣板(1-1-2)設(shè)置在上夾具體(1-1-12)和下夾具體(1-1-6)之間，且上夾具體(1-1-12)和下夾具體(1-1-6)通過兩個氧化鋁陶瓷絕緣圓錐銷(1-1-8)定位，每個第一絕緣套管(1-1-9)套裝在一個內(nèi)六角螺栓(1-1-10)上將上夾具體(1-1-12)和下夾具體(1-1-6)分隔，第二絕緣套管(1+11)套裝在壓板(1-1-1)上，左楔形夾塊(1-1-7)和右楔形夾塊(1-1-3)扣合在壓板(1-1-1)下部并與下夾具體(1-1-6)的斜面配合安裝，擋板(1-1-4)固定在下夾具體(1-1-6)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬薄板電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試裝置，其特征在于:所述左楔形夾塊(1-1-7)和右楔形夾塊(1-1-3)的夾持平面上設(shè)有齒紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種金屬薄板電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試裝置，其特征在于:所述左楔形夾塊(1-1-7)和右楔形夾塊(1-1-3)的楔形角均為10。。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種金屬薄板電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試裝置，其特征在于:所述左楔形夾塊(1-1-7)和右楔形夾塊(1-1-3)的底面均開有凹槽，兩個紫銅電極(2-4)分別通過一個銷釘(1-1-13)緊固在左楔形夾塊(1-1-7)和右楔形夾塊(1-1-3)的所述凹槽內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的一種金屬薄板電流輔助微拉伸力學(xué)性能測試裝置，其特征在于:第一絕緣套管(1-1-9)和第二絕緣套管(1-1-11)與上夾具體(1-1-12)之間均采用過渡配合。
【文檔編號】G01N3/02GK104502203SQ201510009429
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月8日
【發(fā)明者】徐杰, 郭斌, 單德彬, 劉勇達(dá), 王春舉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)