探究一種新型高強度鋼絲拉伸試驗夾具

丁建喜 劉雪琳 沈天峰 周靖

【摘 要】現階段高強度鋼絲進行拉伸試驗時常出現試件在夾具內和夾持處斷裂的情況，試驗成功率低、效率低下，同時造成試驗材料浪費和不節能。在國內，工程師根據在實際工作中各種拉力機夾具的使用情況及特點，研制出適合于直徑在0.8-2mm之間的鋼絲檢測的較為理想的圓形夾具。現進行一種創新形式，設計一種用于高強度鋼絲拉伸試驗的專用夾具，其適用鋼絲直徑在1.0-2.5mm，試驗成功率不低于70%，夾具能夠重復利用。達到試驗成功標準為：試件不滑脫、能在標距內斷裂。

【關鍵詞】高強度；鋼絲夾具；拉伸試驗

一、技術背景

夾具是一種可以將目標物夾持固定的器具，夾具常見于機械加工領域。現有的鋼絲拉伸試驗夾具對高強度鋼絲進行拉伸試驗時常出現試件在夾具內和夾持處斷裂的情況，試驗成功率低、效率低下，同時造成試驗材料浪費，而且不方便適用于直徑較大、強度較高的鋼絲，且試件容易滑脫，會降低夾具的夾持性能，不利于試驗工作的進行。在國內，工程師們根據在實際工作中各種拉力機夾具的使用情況及特點，研制出適合于直徑在0.8-2mm之間的鋼絲檢測的較為理想的圓形夾具。但是其適用范圍仍然不盡人意。

二、整體結構與細節設計

為解決上述背景技術中提出的問題，現提供一種新型高強度鋼絲拉伸試驗夾具。此新型高強度鋼絲拉伸試驗夾具，包括連接柄（1）與夾塊（15），所述連接柄（1）的下端設置有底座（2），且底座（2）的一側外表面貫穿有第一限位板（3）與第二限位板（4），所述底座（2）的另一側外表面貫穿有第一夾座（5）與第二夾座（9），且兩夾座的外表面靠近中部的位置設置有纏繞槽（6）——纏繞槽（6）分為第一凹槽（11）與第二凹槽（16）。所述第一限位板（3）的上端外表面焊接有第二夾座（9），且第二夾座（9）的外表面靠近中間的位置設置有第一凹槽（11），所述第二夾座（9）的內部靠近中間的位置貫穿有螺孔（13），所述第一夾座（5）的一側外表面靠近中間的位置設置有第一夾槽（14），所述夾塊（15）活動安裝在第二夾座（9）的內部，所述夾塊（15）的下端外表面靠近中間的位置貫穿有第二夾槽（17）。本新型夾具通過設置有一系列的結構使本裝置在使用過程中可以適用于直徑較大、強度較高的鋼絲，而且目標鋼絲不易滑脫，能夠提高夾具的夾持性能，有利于試驗工作的進行。

對夾具進行優選設計：為使鋼絲被夾住不滑落，第二夾槽（17）截面的形狀設計為半橢圓形，且第二夾槽（17）的截面短半徑小于鋼絲的截面半徑；夾塊（15）的前端外表面設置有第二凹槽（16），其曲率半徑與第一凹槽（11）相同，兩者共同組成纏繞槽（6）；第二凹槽（16）靠近第二夾槽（17）的位置設置有圓角槽，使鋼絲在纏繞時能夠圓滑過渡，減小應力；為進一步減小夾持處應力，在有的夾槽與凹槽處加工花紋，進行防滑處理，增大摩擦系數，進而增大摩擦力，減小夾持處的受力；第二夾座（9）的一側外表面靠近上端的位置貫穿有限位孔（12），且限位孔的數量為兩組，旨在防止裝置在進行試驗時發生分離；底座下端設置有預留槽（7），且第二夾座（9）的內部靠近下端的位置設置有連接塊（10）；底座（2）的一側外表面設置有方型槽（8），第一限位板（3）與第二限位板（4）活動安裝在方型槽（8）的內部。

三、工作過程

試驗準備階段，準備兩個夾具，初始狀態為圖二，將鋼絲放入第一夾槽（14），然后將合適的夾塊（15）插入，然后通過第二夾座（9）上的螺孔（13）進行固定。完成上述步驟后，旋轉第一夾座（5）與第二夾座（9）整體，使鋼絲纏繞在纏繞槽（6）中，完成纏繞。將第一限位板（3）與第二限位板（4）推入方形槽（8）中使兩個夾座在工作時固定。啟動拉伸機，使拉伸機夾頭夾緊新型夾具連接柄（1），將鋼絲拉緊至符合試驗要求。最后，便可啟動拉力試驗機進行試驗。

四、技術總結

與現有技術相比，此夾具為了實現更優的性能所做的改進是：

（1）該新型高強度鋼絲拉伸試驗夾具通過在底座的一側外表面設置第一限位板與第二限位板，在第一限位板的上端外表面焊接第二夾座，在底座的另一側外表面設置第一夾座，第一限位板與第二夾座固定連接，且第二限位板與第一夾座固定連接，第一限位板與第二限位板可以恰好卡在方型槽中，可使夾具在工作時保證穩定；

（2）在第二夾座的內部靠近中間的位置設置有螺孔，可以在工作時起到固定夾塊的作用；

（3）在夾塊的下端外表面靠近中間的位置設置第二夾槽，不同的夾塊有不同的夾槽大小，夾塊可以根據不同直徑的鋼絲進行替換；

（4）在使用時，將目標鋼絲放置在第一夾槽內，使鋼絲的通過第一夾槽內部所有空間，然后將夾塊放置在第二夾座的內部，與第一夾座組合起來，將組合夾座旋轉從而實現對目標鋼絲的纏繞工作，圓角槽可以實現鋼絲與夾具之間的圓滑過渡，減小摩擦對夾具和鋼絲的損耗。

相比于傳統夾具，該夾具在進行鋼絲拉伸試驗時，使用對象范圍擴大，可以適用于多種類型直徑、強度較高的鋼絲。相較于傳統夾具只有防滑紋，此新型家兔通過限位板、螺孔以及纏繞槽的防滑處理可以更有效地使目標鋼絲不易滑脫，能夠提高夾具的夾持性能，有利于試驗工作的進行。傳統夾具在夾持處受應力很大，為避免該情況，減小應力，特在夾持曲率小處設計圓角，使其過渡圓滑，減小應力，防止在夾持處斷裂。

該新型夾具設計解決了傳統夾具存在的大部分問題，在總體上還是對現有夾具進行了很大程度的優化。但是該新型夾具存在一些新的問題也是既有事實，因此，該項目還需要相關領域的人員進行分析和設計，在原有的基礎上，不斷進行測試和改進。

作者簡介：

丁建喜，山東濰坊人，，出生年月：1998.01性別：男（漢族），山東省昌邑市人，中國石油大學（華東），本科，機械工程專業就讀于中國石油大學（華東），機電工程學院2016級本科機械工程專業學生。2017年參加校級大創，帶隊進行本課題的研究。

劉雪琳 出生年月：1997.12 性別：女（漢族），山東省平度市，中國石油大學（華東），本科，機械工程專業

沈天峰 出生年月：1998.06 性別：男（漢族），江蘇省蘇州市，中國石油大學（華東），本科，機械工程專業

周靖 出生年月：1997.12 性別：男（漢族），甘肅省武威市，中國石油大學（華東），本科，機械工程專業