一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备方法及装置

1.本发明涉及金属丝、线材拉伸试样制备技术领域，特别是涉及一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备方法及装置。


背景技术：

2.材料成型加工技术是制造业的重要组成技术，在机械、电力、通讯等多个领域均有重要应用，随着科学技术不断进步，材料科学及加工工艺、技术得到了长足的进步，与之对应的材料制备行业亦发展迅猛。
3.近年来各行业对材料性能要求逐年提高，一些丝、线材制备工艺受到广泛关注，如挤压、拉拔、感应加热轧制以及脉冲电流辅助轧制等。拉伸测试方法是最常用的丝、线材力学性能测试方法之一。但是，通过以上工艺制备丝、线材时，由于材料的内部和表面的受力和应变不均匀，会导致其内外部组织产生一定差异。若采用传统机械加工方法，切割出的狗骨状拉伸试样破坏了丝、线材原有的组织结构，导致无法准确测试出材料的真实力学性能。
4.鉴于此，本发明采用感应加热和挤压成型配合加工的方法形成狗骨状夹持端,丝材、棒材拉伸试样由夹持段、过渡段以及平直段三部分构成，试样的两端均为夹持段，试样的两个夹持段之间的部分为平直段，平直段和夹持段之间采用圆弧过渡连接，以形成过渡段。通常情况下，拉伸试样的制备是通过对线、丝材进行切削以形成平直段及过渡段，该法成型效率较低，材料浪费情况较为严重，特别的，对于经由电致塑性处理后的线、丝材，由于电致塑性的集肤效应，电致塑性处理所得有效组织部分集中于线、丝材表层，使用切削法制备拉伸试样会切去电致塑性处理层，导致拉伸试样的性能不能准确反映材料本身的性能，因此亟需一种非切削制备金属线、丝材拉伸试样的方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备方法及装置，以解决上述问题，达到制备便捷、提高成型效率、材料利用率以及保留试样材料原始特性包括但不限于电致塑性处理层等表层材料的目的。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种用于多规格金属丝材拉伸试样的制备设备，所述制备设备包括：支撑平台、金属丝材抱紧装置、抱紧装置升降装置、丝材拉伸试样夹持端挤压装置。支撑平台上端支撑所述挤压装置并留有为挤压装置通电用接口，所述支撑平台下端底板以螺钉固定升降装置导轨，所述丝材抱紧装置以螺栓固定于升降装置升降平台。
7.优选的，所述金属丝材抱紧装置包括夹头、夹头底座、锁紧螺母。若干夹头与所述底座以铰链转动连接，所述锁紧螺母内壁为锥形，以螺纹与所述底座连接。
8.优选的，所述夹头外面呈锥形，内壁为与丝材直径相同的圆柱面，下端设有带孔凸台。
9.优选的，所述锁紧螺母内壁上部为光滑锥面，下部为圆柱螺纹，外壁为圆柱并刻有
防滑条纹。
10.优选的，所述夹头底座内壁为圆柱面，外壁为圆柱螺纹，上端设有若干带孔凸台，下端开有若干螺栓连接用圆孔。
11.优选的，所述抱紧装置升降装置包括升降平台、导轨、锁紧螺钉。所述升降平台开有方孔，升降平台两侧各有一圆孔与方孔贯通。
12.优选的，所述丝材拉伸试样夹持端挤压装置包括挤压模具、挤压模具套筒、套筒端盖、感应线圈。所述模具内壁为夹持端外形，外壁呈锥形，以外壁锥形面与挤压模套筒内壁接触，与所述套筒端盖以螺纹与所述挤压模套筒连接，所述感应线圈置于圆柱面凹槽内。
13.优选的，所述挤压模具内壁为夹持端外形，外壁呈锥形，以与端面直径所在垂直于端面平面为分型面。
14.优选的，所述挤压模套筒内壁下部为与所述模具外壁锥度相同的锥面，上部为圆柱面，外壁为圆柱面，圆柱面上端为圆柱外螺纹，圆柱面设有可放置感应线圈的凹槽。
15.一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备方法，所述方法包括以下步骤：a.丝材放入抱紧装置抱紧固定；b.抱紧装置升降装置提升至适当位置锁紧，使丝材伸入所述挤压装置模具中；c.所述挤压装置外围感应线圈对伸入所述挤压装置模具的丝材进行加热；d.对加热后的丝材进行挤压形成夹持端；e.取出试样反向抱紧并重复所述步骤(a)~(d)。
16.本发明具有如下技术效果：金属丝材抱紧装置将金属丝材夹紧，抱紧装置升降装置上下移动以调节夹紧装置与挤压装置模具间距并将丝材伸入挤压模具，挤压装置外围感应线圈通电对模具内丝材加热，压头对加热后的丝材进行挤压成型形成拉伸试样夹持端，既有效避免了传统加工方式加工丝材拉伸试样时对于材料的浪费以及切削表层材料对于材料整体性能的影响，又提高了制备效率。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明立体结构示意图；图2为本发明侧视结构示意图；图3为本发明抱紧装置示意图；图4为本发明挤压装置示意图；其中，1、压头；2、挤压模套筒端盖；3、支撑平台；4、支柱；5、升降装置导轨；6、底板；7、锁紧螺钉；8挤压模套筒；9、挤压头；10、抱紧装置底座；11、升降平台；12、锁紧螺母；13、感应线圈；14、圆柱销；15、挤压模具。
实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
21.参照图1-4，本实施例提供一种用于多规格金属丝材拉伸试样的制备设备，制备设备包括：支撑平台3、金属丝材抱紧装置、抱紧装置升降装置、丝材拉伸试样夹持端挤压装置。支撑平台3上端支撑挤压装置并留有为挤压装置通电用接口，支撑平台下端底板以螺钉固定升降装置导轨，所述丝材抱紧装置以螺栓固定于升降装置升降平台11。
22.金属丝材抱紧装置用于将丝材固定并夹紧丝材，抱紧装置升降装置用于带动整个抱紧装置上下移动以调整抱紧装置与挤压装置模具15间的间隙，挤压装置感应线圈13通过后部通电接口通入电流，对伸入模具内的丝材进行加热，通过压头1及模具15的挤压实现丝材拉伸试样制备。
23.进一步优化方案，金属丝材抱紧装置包括夹头9、抱紧装置底座10、锁紧螺母12。若干夹头9与底座以铰链转动连接，锁紧螺母12内壁为锥形，以螺纹与底座10连接，实现丝材抱紧及固定的作用。
24.进一步优化方案，夹头9外面呈锥形，内壁为与丝材直径相同的圆柱面，下端设有带孔凸台，以便与底座10连接。
25.进一步优化方案，锁紧螺母12内壁上部为光滑锥面，下部为圆柱螺纹，外壁为圆柱并刻有防滑条纹，用以便于实现夹头9的锁紧及放松。
26.进一步优化方案，抱紧装置底座10内壁为圆柱面，外壁为圆柱螺纹，上端设有若干带孔凸台，下端开有若干螺栓连接用圆孔，外壁螺纹用以与锁紧螺母12配合实现锁紧的目的，凸台通过圆柱销14与夹头9铰接，底座10通过螺栓与升降平台11刚性连接以实现上下移动的目的。
27.进一步优化方案，抱紧装置升降装置包括升降平台11、导轨5、锁紧螺钉7。所述升降平台开有方孔，升降平台两侧各有一圆孔与方孔贯通，以便确定平台移动方向并可配合锁紧螺钉7实现升降平台固定。
28.进一步优化方案，丝材拉伸试样夹持端挤压装置包括挤压模具15、挤压模具套筒8、套筒端盖2、感应线圈13。模具15内壁为夹持端外形，外壁呈锥形，以外壁锥形面与挤压模套筒8内壁接触，与套筒端盖2以螺纹与所述挤压模套筒8连接，感应线圈13置于圆柱面凹槽内，挤压装置感应线圈通过后部通电接口通入电流，对伸入模具15内的丝材进行加热，通过压头9及模具15的挤压实现丝材拉伸试样制备。
29.进一步优化方案，挤压模具15内壁为夹持端外形，外壁呈锥形，以与端面直径所在垂直于端面平面为分型面，以便形成丝材拉伸试样夹持端外形。
30.进一步优化方案，挤压模套筒8内壁下部为与所述模具15外壁锥度相同的锥面，上部为圆柱面，外壁为圆柱面，圆柱面上端为圆柱外螺纹，圆柱面设有可放置感应线圈13的凹槽，通过套筒8内锥面及模具15外锥面实现模具定心的目的，套筒上部外螺纹与套筒端盖2配合，使其能够压紧模具。
31.一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备方法，包括以下步骤：
a.丝材放入抱紧装置抱紧固定；b.抱紧装置升降装置提升至适当位置锁紧，使丝材伸入所述挤压装置模具中；c.所述挤压装置外围感应线圈对伸入所述挤压装置模具的丝材进行加热；d.对加热后的丝材进行挤压形成夹持端；e.取出试样反向抱紧并重复所述步骤(a)~(d)。
32.与传统丝材、线材拉伸试样制备方法相比，本技术方法及装置避免了对试样材料的浪费，提高了加工效率及加工精度，并且由于电流的集肤效应，电致塑性处理层仅集中于材料表面，若采用传统拉伸试样制备方法将会把试样电致塑性处理层切除，从而影响试样的性能，使得拉伸试样无法准确表达材料本身的性能特点，而利用本技术中所述热挤压成型工艺即可在保留电致塑性处理层的同时高效、高精度、高材料利用率地实现拉伸试样的制备。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备装置，其特征在于，所述制备装置包括：支撑平台（3）、金属丝材抱紧装置、抱紧装置升降装置、丝材拉伸试样夹持端挤压装置。支撑平台（3）上端支撑所述挤压装置并留有为挤压装置通电用接口，所述支撑平台下端底板以螺钉固定升降装置导轨，所述丝材抱紧装置以螺栓固定于升降装置升降平台（11）。2.根据权利要求1所述一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备设备，其特征在于：所述金属丝材抱紧装置包括夹头（9）、抱紧装置底座（10）、锁紧螺母（12）。若干夹头(9)与所述底座(10)以铰链转动连接，所述锁紧螺母(12)内壁为锥形，以螺纹与所述底座(10)连接。3.根据权利要求2所述一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备设备，其特征在于：所述夹头（9）外面呈锥形，内壁为与丝材直径相同的圆柱面，下端设有带孔凸台。适用直径范围为2mm~20mm。4.根据权利要求2所述一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备设备，其特征在于：所述锁紧螺母（12）内壁上部为光滑锥面，下部为圆柱螺纹，外壁为圆柱并刻有防滑条纹。5.根据权利要求2所述一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备设备，其特征在于：所述抱紧装置底座（10）内壁为圆柱面，外壁为圆柱螺纹，上端设有若干带孔凸台，下端开有若干螺栓连接用圆孔。6.根据权利要求1所述一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备设备，其特征在于：所述抱紧装置升降装置包括升降平台（11）、导轨（5）、锁紧螺钉（7）。所述升降平台开有方孔，升降平台两侧各有一圆孔与方孔贯通。7.根据权利要求1所述一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备设备，其特征在于：所述丝材拉伸试样夹持端挤压装置包括挤压模具（15）、挤压模具套筒（8）、套筒端盖（2）、感应线圈（13）。8.根据权利要求7所述一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备设备，其特征在于：所述挤压模具（15）内壁为夹持端外形，外壁呈锥形，以与端面直径所在垂直于端面平面为分型面。9.根据权利要求7所述一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备设备，其特征在于：所述挤压模套筒（8）内壁下部为与所述模具（15）外壁锥度相同的锥面，上部及外壁为圆柱面，外壁圆柱面上端为圆柱外螺纹，外壁圆柱面设有放置感应线圈（13）的凹槽。10.一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备方法其特征在于，所述方法包括以下步骤：a.丝材放入抱紧装置抱紧固定；b.抱紧装置升降装置提升至适当位置锁紧，使丝材伸入所述挤压装置模具中；c.所述挤压装置外围感应线圈对伸入所述挤压装置模具的丝材进行加热；d.对加热后的丝材进行挤压形成夹持端；e.取出试样反向抱紧并重复所述步骤(a)~(d)。

技术总结
本发明涉及金属丝、线材拉伸试样制备技术领域，特别是涉及一种适用于多规格金属丝材拉伸试样的制备方法及装置，可在不破坏丝材原有表面处理层的同时便捷高效的制备丝材拉伸试样。该装置包括支撑平台、金属丝材抱紧装置、抱紧装置升降装置、丝材拉伸试样夹持端挤压装置。支撑平台上端为支撑挤压装置，该装置上留有为挤压装置通电用接口，支撑平台下端底板以螺钉固定升降装置导轨，丝材抱紧装置以螺栓固定于升降装置升降平台，丝材抱紧装置由多片夹头、底座、锁紧螺母组成，多片夹头通过铰链与底座相连，利用锁紧螺母实现抱紧目的。本发明可以在不破坏丝、线材原有结构的前提下高效制备拉伸试样。拉伸试样。


技术研发人员：黄志权 郭瑜 高翔宇 牛文权 江连运 朱艳春 王荣军 邹金超
受保护的技术使用者：太原科技大学
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/7/20