专利名称：多功能材料疲劳试验引伸夹具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及材料试验设备，尤其是金属材料单、多轴疲劳试验夹具的制造领 域。
背景技术：
金属材料的疲劳试验对于金属构件的疲劳强度设计起着重要的指导作用。为了考 查金属构件的疲劳性能，通常将金属材料加工成实心棒状试样来进行室温和高温环境下的 疲劳试验。有关棒状试样的疲劳试验技术已经相当成熟，国际、国内也推出了一系列相应的 疲劳试验标准。但是随着反应堆工程、化工压力容器工程等的迅速发展，金属管件得以在工 程实际中广泛应用。因存在特殊夹持困难，使得金属等壁厚管件的高温疲劳试验难以开展。 在高温环境下，由于受高温炉的限制，所需管试样较长，而过长的管试样在疲劳试验过程中 又极易产生疲劳循环失稳。为了避免产生变形失稳，常常采用二次夹具螺纹连接的方式来 减少所需管试样的长度，同时达到节省试样材料的目的。然而对于管件，无法采用螺纹连接 方式延长试样。为避免实验过程中的疲劳失稳，对于厚壁管试样，有时在工作管段加工出一 弧形槽，使得工作段直径减小，以弧形槽根部的径向应变控制疲劳试验的进行，然后将径向 应变换算成轴向应变。该技术方案中管试样工作段为漏斗形状而非等直状，需要进行径向 应变同轴向应变之间的换算，其中存在一定的换算误差；该技术方案所限定的特殊试验所 需管试样依然较长，试样耗材较大。中国专利ZL2009200799625公开了一种金属薄壁等壁 厚管材高温疲劳试验夹具，采用多瓣式对称外锥体结构实现等壁厚管材试件的高温夹持。 该专利所公开的夹具仅能实现薄壁等壁厚管材的高温疲劳试验，所能提供的抱紧力有限， 对于实现厚壁管材室温和高温环境下的疲劳试验有较大困难，更无法实现实心光滑夹持棒 材的室温和高温疲劳试验。目前尚无任何可同时实现等壁厚薄壁、厚壁管材以及两端光滑 夹持的实心棒材在高温环境下的单、多轴疲劳试验的有效技术方案。
发明内容本实用新型的目的是提供一种金属等壁厚管材以及实心光滑夹持棒材的多功能 疲劳试验引伸夹具，使之克服现有技术的以上所述缺点，不仅可实现常、高温环境下金属等 壁厚管件和实心光滑夹持棒材的单、多轴疲劳试验，而且还达到节省试样材料的目的。本实用新型的目的是通过如下的手段实现的。多功能材料疲劳试验引伸夹具，用于在常、高温疲劳试验中对金属等壁厚管材和 实心光滑夹持棒材进行夹持。有一主轴1，所述主轴具有顶杆12、限位凸台11、中部螺纹段 8和夹持段13 ；主轴1与套筒3通过锁紧螺帽2连接，锁紧螺帽2旋接在主轴1的中部螺纹 段8上；过渡顶杆5和夹持垫套4以及主轴1上的顶杆12部分置于套筒3内，套筒3内部 靠近试样安装端为锥形内孔设计，套筒3中部开设对称气孔9，用于释放高温试验环境下产 生的高温气体；夹持垫套4与定位簧片6配合而形成可改变径向尺度的弹性机构。在实际实验时，首先将夹持垫套、过渡顶杆置于套筒内，套筒与主轴连接并由主轴上的限位凸台进行周向限位，锁紧螺帽从套筒的一端套入并同主轴的中部螺纹段初步配 合，然后将已塞入金属堵头的管试样或实心光滑夹持棒状试样的一端插入置于套筒内的夹 持垫套内部，通过锁紧螺帽传递到主轴顶杆的顶力而使夹持垫套对管试样或实心光滑棒状 试样产生机械挤压力，实现夹具对试样的抱紧。试样的另一端作对称的夹持设置。对于高 温疲劳试验情形，将试样及夹具套筒的部分置于高温环境中，根据热膨胀原理，设计主轴、 过渡顶杆以及夹持垫套所用材料的热膨胀系数大于套筒和锁紧螺帽，升温后夹具主轴、过 渡顶杆和夹持垫套与套筒、锁紧螺帽及试样之间因热膨胀差异而产生不同的热应变，实现 夹具对试样的再次抱紧。同时，对于管试样，金属堵头也采用热膨胀系数较高的材料，以防 止管试样在受夹具夹持时产生内凹变形，从而增强夹具对管试样的综合抱紧力。本实用新 型夹具的夹持垫套和过渡顶杆可通过改变尺寸适应多种规格的试样，主轴夹持段也可改变 尺寸以适应多种规格的试验机夹头。采用本实用新型的设计方案，可满足多种规格等壁厚管件和实心光滑夹持棒材的 常、高温单、多轴疲劳试验，结构简单，试样尺寸适应范围大，夹持功能突出，节省试样材料。
图1为本实用新型实施例夹持试样后的三维视图。图2为本实用新型实施例夹持试样后的剖视图。图3为本实用新型实施例主轴的三维视图。图4为本实用新型实施例锁紧螺帽的三维视图。图5为本实用新型实施例套筒的三维视图。图6为本实用新型实施例套筒的剖视图。图7为本实用新型实施例夹持垫套的三维视图。图8为本实用新型实施例定位簧片的平面视图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。结合图1至图8可看出本实用新型的基本结构和具体实施方式
。多功能材料疲劳 试验引伸夹具，有一主轴1，所述主轴具有顶杆12、限位凸台11、中部螺纹段8和夹持段13 ； 主轴1与套筒3通过锁紧螺帽2连接，锁紧螺帽2旋接在主轴1的中部螺纹段8上；过渡顶 杆5和夹持垫套4以及主轴1上的顶杆12部分置于套筒3内；套筒3内部靠近试样安装端 为锥形内孔设计，可使夹持垫套4在受到过渡顶杆5的顶力后对试样7产生挤压力；套筒3 中部开设对称气孔9，用于释放高温试验环境下产生的高温气体；夹持垫套4与定位簧片6 配合而形成可改变径向尺度的弹性机构，在此采用两瓣式锥体结构。如图2所示，将夹持垫套4、过渡顶杆5置于套筒3内，套筒3与主轴1连接并由 主轴1上的限位凸台11进行周向限位；锁紧螺帽2从套筒3的一端套入，其内螺纹10同主 轴的中部螺纹段8初步配合，然后将已塞入金属堵头(由具有高热膨胀系数的材料制成)的 管试样(或实心光滑棒状试样)7的一端插入置于套筒3内的夹持垫套4内部，将夹具主轴 1的夹持段13用试验机夹具抱紧。拧紧锁紧螺帽2，使主轴1上的顶杆12对套筒3内的夹 持垫套4产生足够大的顶力，从而使夹持垫套对试样产生足够大的挤压力，试样的另一端按照相同的方法套装上本实用新型夹具。对于高温疲劳试验情形，待试样安装完成后，将试 样和本实用新型夹具的套筒3外径较小的部分一并置于高温环境中，待升到试验温度后， 试样7和夹具系统将因材料热膨胀的差异使得夹具对试样的抱紧力大大增强。在本例中， 主轴1、过渡顶杆5、夹持垫套4及堵头材料均选用GH2036合金；套筒3)和锁紧螺帽2材 料选用lCrl7Ni2合金。
权利要求1.多功能材料疲劳试验引伸夹具，用于在常、高温疲劳试验中对金属等壁厚管材和实 心光滑夹持棒材进行夹持，其特征在于，有一主轴(1 )，所述主轴具有顶杆(12)、限位凸台 (11)、中部螺纹段(8)和夹持段(13)；主轴与套筒(3)通过锁紧螺帽(2)连接，锁紧螺帽旋 接在主轴中部螺纹段(8)上；过渡顶杆(5)和夹持垫套(4)以及主轴上的顶杆(12)部分置 于套筒(3)内，套筒内部靠近试样安装端为锥形内孔设计，套筒中部开设对称气孔(9);夹持 垫套与定位簧片(6)配合形成可改变径向尺度的弹性机构。
2.根据权利要求1所述之多功能材料疲劳试验引伸夹具，其特征在于，所述夹持垫套 (4)与定位簧片(6)配合而形成可改变径向尺度的弹性机构。
专利摘要本实用新型公开了一种多功能材料疲劳试验引伸夹具，用于在常、高温疲劳试验中对金属等壁厚管材和实心光滑夹持棒材进行夹持。主轴具有顶杆(12)、限位凸台(11)、中部螺纹段(8)和夹持段(13)；主轴与套筒(3)通过锁紧螺帽(2)连接，锁紧螺帽旋接在主轴中部螺纹段(8)上；过渡顶杆(5)和夹持垫套(4)以及主轴上的顶杆(12)部分置于套筒(3)。本实用新型可满足多种规格等壁厚管材和实心光滑夹持棒材在常、高温环境下的单轴、纯扭和轴扭复合疲劳试验，结构简单，试样尺寸适应范围大，夹持功能突出，节省试样材料。
文档编号G01N3/04GK201867334SQ20102056443
公开日2011年6月15日 申请日期2010年10月18日 优先权日2010年10月18日
发明者包陈, 蔡力勋, 陈洪军 申请人:西南交通大学