[發明專利]一種金屬通電剪切試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 201310339957.4
• 申請日: 2013-08-06
• 公開（公告）號: CN103411839A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 孫寶龍;王永軍;武偉超
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明屬于金屬剪切試驗領域，具體地說,涉及一種金屬通電剪切試驗裝置及試驗方法。

背景技術

工程結構件除承受拉力和壓力外，大多還承受剪切力的作用，有些情況剪切力還起著主要的作用。如蒸汽鍋爐、橋梁及飛機中的鉚釘，結構件上的銷子等都是受剪切力的作用，它們的抗剪強度如何關系到構件的安全，因此在結構件的設計和制造時都必須考慮材料的剪切強度。近年來，國內外許多學者把高能電脈沖作為一種新的技術手段引入材料制備與試驗加工的研究中，材料在運動電子作用下，變形抗力急劇下降，塑性明顯提高的現象稱為電塑性效應，電塑性效應不僅可以降低普通材料的變形抗力，大幅增加材料的成形極限，同時改善產品的表面質量，提高成材率，特別適用于加工那些難變形材料及異形件，因此，有必要研究在通電條件下材料的機械性能，一般研究材料的抗拉強度、抗壓強度和抗剪強度，確定高能電脈沖對材料機械性能參數的影響效果，提供材料在通電條件下的機械性能參數，用于電塑性加工，近年來，隨著高新技術的迅速發展和各種新材料的發現，對于新材料的加工也需要不同于常規的新加工技術，因而材料的電塑性加工必將得到迅速發展，但是，目前實驗室中采用的常規剪切試驗方法無法滿足通電要求?，F有公開的技術文獻《鈦合金絲材剪切強度影響因素試驗研究》中介紹了一種純剪切試驗方法,采用圓形剪切孔代替普通剪切試驗所采用的半圓型剪切孔，降低剪切過程中應力集中現象，使實驗結果更加精確，但是，由于模具全金屬結構，無法滿足加電試驗要求，而且試驗機主體都是鋼鐵結構，極易導電，直接通電試驗，會危及人員及設備安全，必須進行絕緣處理。

發明內容

為克服實驗中常規剪切試驗方法無法滿足通電要求，以及普通剪切試驗半圓形剪切孔所伴隨的應力過度集中及剪切斷面與試樣軸線不垂直問題，本發明提出一種金屬通電剪切試驗裝置及試驗方法；通過設計一種簡易的剪切試驗裝置實現在高能電脈沖電流條件下的材料抗剪強度的測定；通過研究在通電條件下材料的機械性能，確定高能電脈沖對材料機械性能參數的影響效果，提供材料在通電條件下的機械性能參數，尤其是抗剪強度，用于電塑性加工。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種金屬通電剪切試驗裝置，包括凸模、凹模、底座、夾頭、連接桿、絕緣板、絕緣墊圈、絕緣套筒和高能脈沖電源，所述底座為凹形長方體，凹槽中間的寬度大于兩端寬度，凹槽內兩端有安裝孔；凹模位于底座上凹槽內，凹模底部的凸塊與底座中間部位凹槽相合，凹模兩側壁中間部位有通孔；凸模位于凹模的上方，凸模下部半圓形刃口處的兩側面與凹模通孔的兩內側面平行安裝，絕緣板位于凸模和連接桿之間，連接桿安裝在絕緣板上方，連接桿兩端通孔與絕緣板兩端通孔和凸模兩端螺紋盲孔同軸，連接桿與絕緣板通過緊固螺栓緊固在凸模上，絕緣套筒與絕緣墊圈安裝在連接桿兩端通孔中；剪切試樣放置在凹模的兩個通孔中，剪切試樣兩端有夾頭對稱安裝；高能脈沖電源位于底座端部，且與底座之間保持安全距離，高能脈沖電源的引出導線固連在剪切試樣兩端部的夾頭上；底座安裝在試驗機工作臺上。

一種根據所述的金屬通電剪切試驗裝置進行剪切試驗的方法，其特點在于包括如下步驟:

步驟1.通過對剪切裝置進行絕緣設計來保證了操作人員及機器設備的安全，其中絕緣板位于連接桿與凸模之間，起絕緣連接桿與凸模的目的，底座通過螺栓連接緊固到電子萬能試驗機工作臺上，底座采用絕緣材料，起絕緣凹模與電子萬能試驗機工作臺的目的；

步驟2.測量剪切試件受剪處的直徑D，通過公式S=πD²/4計算出截面面積S，將剪切試樣放在凹模的圓孔中，連接高能脈沖電源；

步驟3.設定萬能試驗機參數；將高能脈沖電源的引出導線連接到剪切試樣兩端的夾頭上；電流為400A，每隔30S發一次脈沖電，每個脈沖持續0.03S，在整個剪切試驗過程中，始終保持所設定的參數；

步驟4.完成試驗條件設定，調整試驗機橫梁位置，選擇適當量程，接通高能脈沖電源，試驗開始，平穩施加載荷，直至試樣斷裂；

步驟5.試樣斷裂后，記下剪斷時電子萬能試驗機上顯示的最大荷載P，按照公式τ_b=P(2S)計算出試樣的剪切強度。

有益效果