一种试件超低温塑性冲击变形装置及塑性冲击变形方法

1.本发明涉及材料塑性变形实验技术领域，更具体地说是涉及一种试件超低温塑性冲击变形装置及塑性冲击变形方法。


背景技术：

2.金属材料的变形分为弹性变形和塑性变形两种，其弹性变形为材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性，这种可恢复的变形称为弹性变形。塑性变形是物质包括流体及固体在一定的条件下，在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。在低温或超低温环境下变形会抑制室温变形过程中的动态回复而获得更高形变储能，位错运动至孪晶界或晶界处不断塞积，提高过饱和位错密度，累积高的变形量，产生更多丰富的变形缺陷及缺陷密度，从而极大的提高金属材料强度。并且，通过低温高速冲击动载大变形，可以使得金属材料在晶粒内部及晶界处累计大量位错缺陷，从而有效促进晶粒向亚晶转变，同时在低温条件下可以有效抑制金属材料在变形过程及变形终了时所产生的回复与再结晶发生，对金属试件超低温塑性冲击变形的研究具有重要意义。
3.在现有技术专利cn114674684a中，包括锤头和固定结构，锤头安装在锤头安装板下方，固定结构进行安装约束，其固定结构包括支撑结构和压板，支撑结构固定在工作台上，压板将试样可拆卸地连接在支撑结构上部，因此支撑件、压板采取的钢性连接无法柔性缓冲，在试件受到连续撞击后水平方向膨胀冲击变形极易破坏固定结构。而采取固定铆在滑动套筒内滑动结构，通过弹簧对两者提供相互远离的柔性作用力，施加压力柔性约束固定试样，从而可有效解决现有技术cn114674684a中相应的技术问题。
4.因此，如何提供一种柔性夹紧约束固定的试件超低温塑性冲击变形装置及塑性冲击变形方法是本领域亟需解决的技术问题之一。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种试件超低温塑性冲击变形装置及塑性冲击变形方法。目的就是为了解决上述之不足而提供。
6.为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
7.一种试件超低温塑性冲击变形装置，用于对金属试件进行超低温塑性冲击试验，该装置包括：壳体、冲击件、至少两组柔性夹具以及液氮注入装置；所述冲击件的固定端与所述壳体内腔顶壁连接，所述冲击件的自由端朝向所述壳体内腔底壁；每组所述柔性夹具包括：纵向调节件和水平柔性夹紧件，两个所述纵向调节件对称设置于所述壳体内腔底壁，每个所述水平柔性夹紧件包括：固定铆、滑动套筒以及弹簧；所述固定铆的第一端与一所述纵向调节件连接，且所述固定铆的第一端外侧壁固定套设有铆抵触环；所述固定铆的第二端伸至所述滑动套筒的第一端内部且两者滑动连接；所述滑动套筒的第一端外侧壁固定套设有筒抵触环；所述弹簧套设在所述固定铆上，且所述弹簧的两端分别与所述铆抵触环、所
述筒抵触环抵触配合；两个所述滑动套筒的第二端夹紧所述金属试件；所述液氮注入装置通过注入管与所述壳体的侧壁连通。
8.优选地，所述固定铆的第二端连接有卡帽；所述滑动套筒的第一端内侧壁固定设有卡环；所述卡帽在所述滑动套筒内滑动，且所述卡帽抵触或远离所述卡环。
9.优选地，所述水平柔性夹紧件还包括：夹爪，所述夹爪包括：侧挡板和顶挡板；所述侧挡板的一侧面与所述滑动套筒的第二端连接，另一侧面与所述金属试件抵触配合；所述顶挡板的一端与所述侧挡板的顶端固定连接，所述顶挡板的底面与所述金属试件抵触配合。
10.优选地，所述柔性夹具还包括：水平调节伸缩件，所述水平调节伸缩件的一端与所述纵向调节件的顶端连接，另一端与所述固定铆的第一端连接。
11.优选地，还包括：plc控制显示装置，所述控制显示装置连接于所述壳体的外侧壁；所述纵向调节件为电控驱动调节杆；所述水平调节伸缩件为电控驱动伸缩缸；所述控制显示装置分别与所述电控驱动调节杆、所述电控驱动伸缩缸电连接。
12.优选地，还包括：液氮排出装置、温度监测装置以及压力监测装置；所述液氮排出装置通过排出管与所述壳体的侧壁连通；所述温度监测装置和所述压力监测装置设置于所述壳体的内部；所述控制显示装置分别与所述液氮注入装置、所述液氮排出装置、所述温度监测装置、所述压力监测装置电连接。
13.一种试件超低温塑性冲击变形方法，包括以下步骤：
14.s1、将金属试件夹紧于夹爪之间；
15.s2、启动液氮注入装置对壳体注入液氮；
16.s3、启动冲击件连续撞击金属试件；
17.s4、金属试件受到连续撞击后不断膨胀，将水平方向的冲击载荷作用于滑动套筒，滑动套筒通过弹簧挤压筒抵触环，缓解冲击载荷。
18.优选地，在步骤s1中，控制显示装置分别控制电控驱动调节杆、电控驱动伸缩缸的长短，满足对多种尺寸金属试件的安装夹紧。
19.优选地，在步骤s2中，温度监测装置、压力监测装置将温度信息、压力信息发送至控制显示装置，控制显示装置分别控制液氮注入装置的注入量和液氮排出装置的排放量。
20.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
21.所述固定铆的第一端与一所述纵向调节件连接，且所述固定铆的第一端外侧壁固定套设有铆抵触环，所述固定铆的第二端伸至所述滑动套筒的第一端内部且两者滑动连接，所述滑动套筒的第一端外侧壁固定套设有筒抵触环，所述弹簧套设在所述固定铆上，且所述弹簧的两端分别与所述铆抵触环、所述筒抵触环抵触配合，两个所述滑动套筒的第二端夹紧所述金属试件，从而柔性夹紧约束固定所述金属试件；
22.所述固定铆的第二端连接有卡帽，所述滑动套筒的第一端内侧壁固定设有卡环，所述卡帽在所述滑动套筒内滑动，且所述卡帽抵触或远离所述卡环，可避免所述固定铆脱离所述滑动套筒；
23.所述侧挡板的一侧面与所述滑动套筒的第二端连接，另一侧面与所述金属试件抵触配合，所述顶挡板的一端与所述侧挡板的顶端固定连接，所述顶挡板的底面与所述金属试件抵触配合，从而夹紧所述金属试件。
24.综上所述，本发明整体结构紧凑、设置合理，其通过所述弹簧的两端分别与所述铆抵触环、所述筒抵触环抵触配合，两个所述滑动套筒的第二端夹紧所述金属试件，从而柔性夹紧约束固定所述金属试件；所述卡帽抵触或远离所述卡环，可避免所述固定铆脱离所述滑动套筒；所述侧挡板的一侧面与所述滑动套筒的第二端连接，另一侧面与所述金属试件抵触配合，所述顶挡板的一端与所述侧挡板的顶端固定连接，所述顶挡板的底面与所述金属试件抵触配合，从而夹紧所述金属试件。
附图说明
25.图1为本发明的整体结构示意图；
26.图2为本发明图1的另一视角示意图；
27.图3为本发明的实施例2结构示意图；
28.图4为本发明的单个柔性夹具与壳体配合示意图；
29.图5为本发明图4中柔性夹具a-a截面示意图；
30.图6为本发明卡环与卡帽配合示意图；
31.图中：
32.1-金属试件；
33.2-壳体；21-垫片；
34.3-冲击件；
35.4-柔性夹具；
36.41-纵向调节件；42-水平柔性夹紧件；421-固定铆；4211-铆抵触环；4212-卡帽；422-滑动套筒；4221-筒抵触环；4222-卡环；423-弹簧；424-夹爪；43-水平调节伸缩件；
37.5-液氮注入装置；
38.6-plc控制显示装置；
39.7-液氮排出装置；
40.8-温度监测装置；
41.9-压力监测装置；
42.10-底台。
具体实施方式
43.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。
44.实施例1
45.参照图1、2、4、5、6所示一种试件超低温塑性冲击变形装置，用于对金属试件1进行超低温塑性冲击试验，该装置包括：壳体2、冲击件3、两组柔性夹具4、液氮注入装置5、plc控制显示装置6、液氮排出装置7、温度监测装置8、压力监测装置9以及底台10，其中，壳体2包括：端顶、四根加强柱以及底板，底板通过螺钉固定连接于底台10的顶面，设置底台10有利于降低整体装置重心提高稳定性。四根加强柱分别连接于底板的四角，端顶固定连接于四
根加强柱的顶端，从而构成壳体2的框架。其框架的三侧面安装有防弹玻璃，其安装封筑有密封胶，一侧面铰接有防护门，防护门关闭时通过密封圈与框架配合，使得壳体2内部构成密封空间。
46.冲击件3的固定端与壳体2内腔顶壁连接，冲击件3的自由端朝向壳体2内腔底壁，本实施例中，冲击件3优先采取高压冲击气缸。
47.每组柔性夹具4包括：纵向调节件41、水平柔性夹紧件42以及水平调节伸缩件43，其两个纵向调节件41对称设置于壳体2内腔底壁，每个水平柔性夹紧件42包括：固定铆421、滑动套筒422、弹簧423以及夹爪424，纵向调节件41的顶端与水平调节伸缩件43的一端焊接，水平调节伸缩件43的另一端与固定铆421的第一端焊接，且固定铆421的第一端外侧壁固定套设有铆抵触环4211，固定铆421的第二端伸至滑动套筒422的第一端内部且两者滑动连接。滑动套筒422的第一端外侧壁固定套设有筒抵触环4221，弹簧423套设在固定铆421上，且弹簧423的两端分别与铆抵触环4211、筒抵触环4221抵触配合，两个滑动套筒422的第二端夹紧金属试件1，从而实现金属试件1的固定。
48.固定铆421的第二端连接有卡帽4212，滑动套筒422的第一端内侧壁固定设有卡环4222，卡帽4212在滑动套筒422内滑动，且卡帽4212抵触或远离卡环4222。设置卡帽4212、卡环4222可避免固定铆421脱离滑动套筒422。
49.夹爪424包括：侧挡板和顶挡板，侧挡板的一侧面与滑动套筒422的第二端连接，另一侧面与金属试件1抵触配合，顶挡板的一端与侧挡板的顶端固定连接，顶挡板的底面与金属试件1抵触配合，从而实现在水平方向、垂直方向约束金属试件1。
50.控制显示装置6连接于壳体2的外侧壁，纵向调节件41为电控驱动调节杆，水平调节伸缩件43为电控驱动伸缩缸，且控制显示装置6分别与电控驱动调节杆、电控驱动伸缩缸电连接。通过调整电控驱动调节杆、电控驱动伸缩缸的长短，可满足对多种尺寸金属试件1的安装夹紧。
51.液氮注入装置5通过注入管与壳体2的侧壁连通，液氮排出装置7通过排出管与壳体2的侧壁连通，通过液氮注入装置5注入液氮，液氮排出装置7回收液氮。
52.温度监测装置8和压力监测装置9设置于壳体2的内部，控制显示装置6分别与液氮注入装置5、液氮排出装置7、温度监测装置8、压力监测装置9电连接，可根据壳体2内部信息进行注入回收液氮的调控。
53.在另一实施例中，底板的表面中心设有垫片21，垫片21上设有沉孔，沉孔通过螺钉与底板固定连接。将金属试件1放置在垫片21上冲击变形，可避免对底板的损坏。
54.一种试件超低温塑性冲击变形方法，包括以下步骤：
55.s1、将金属试件1夹紧于夹爪424之间；
56.控制显示装置6分别控制电控驱动调节杆、电控驱动伸缩缸的长短，满足对多种尺寸金属试件1的安装夹紧；
57.s2、启动液氮注入装置5对壳体2注入液氮；
58.其中，温度监测装置8、压力监测装置9将温度信息、压力信息发送至控制显示装置6，控制显示装置6分别控制液氮注入装置5的注入量和液氮排出装置7的排放量；
59.s3、启动冲击件3连续撞击金属试件1；
60.s4、金属试件1受到连续撞击后不断膨胀，将水平方向的冲击载荷作用于滑动套筒
422，滑动套筒422通过弹簧423挤压筒抵触环4221，缓解冲击载荷。
61.实施例2
62.参照图3所示，在实施例1的基础上，柔性夹具4设置为四组，四组柔性夹具4呈环形阵列夹紧金属试件1，可大大提高夹紧的稳定性。
63.以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种试件超低温塑性冲击变形装置，用于对金属试件(1)进行超低温塑性冲击试验，其特征在于，该装置包括：壳体(2)、冲击件(3)、至少两组柔性夹具(4)以及液氮注入装置(5)；所述冲击件(3)的固定端与所述壳体(2)内腔顶壁连接，所述冲击件(3)的自由端朝向所述壳体(2)内腔底壁；每组所述柔性夹具(4)包括：纵向调节件(41)和水平柔性夹紧件(42)，两个所述纵向调节件(41)对称设置于所述壳体(2)内腔底壁，每个所述水平柔性夹紧件(42)包括：固定铆(421)、滑动套筒(422)以及弹簧(423)；所述固定铆(421)的第一端与一所述纵向调节件(41)连接，且所述固定铆(421)的第一端外侧壁套设有铆抵触环(4211)；所述固定铆(421)的第二端伸至所述滑动套筒(422)的第一端内部且两者滑动连接；所述滑动套筒(422)的第一端外侧壁套设有筒抵触环(4221)；所述弹簧(423)套设在所述固定铆(421)上，且所述弹簧(423)的两端分别与所述铆抵触环(4211)、所述筒抵触环(4221)抵触配合；两个所述滑动套筒(422)的第二端夹紧所述金属试件(1)；所述液氮注入装置(5)与所述壳体(2)的侧壁连通。2.根据权利要求1所述的一种试件超低温塑性冲击变形装置，其特征在于，所述固定铆(421)的第二端连接有卡帽(4212)；所述滑动套筒(422)的第一端内侧壁固定设有卡环(4222)；所述卡帽(4212)在所述滑动套筒(422)内滑动，且所述卡帽(4212)抵触或远离所述卡环(4222)。3.根据权利要求1所述的一种试件超低温塑性冲击变形装置，其特征在于，所述水平柔性夹紧件(42)还包括：夹爪(424)，所述夹爪(424)包括：侧挡板和顶挡板；所述侧挡板的一侧面与所述滑动套筒(422)的第二端连接，另一侧面与所述金属试件(1)抵触配合；所述顶挡板的一端与所述侧挡板的顶端固定连接，所述顶挡板的底面与所述金属试件(1)抵触配合。4.根据权利要求1所述的一种试件超低温塑性冲击变形装置，其特征在于，所述柔性夹具(4)还包括：水平调节伸缩件(43)，所述水平调节伸缩件(43)的一端与所述纵向调节件(41)的顶端连接，另一端与所述固定铆(421)的第一端连接。5.根据权利要求4所述的一种试件超低温塑性冲击变形装置，其特征在于，还包括：plc控制显示装置(6)，所述控制显示装置(6)连接于所述壳体(2)的外侧壁；所述纵向调节件(41)为电控驱动调节杆；所述水平调节伸缩件(43)为电控驱动伸缩缸；所述控制显示装置(6)分别与所述电控驱动调节杆、所述电控驱动伸缩缸电连接。6.根据权利要求5所述的一种试件超低温塑性冲击变形装置，其特征在于，还包括：液氮排出装置(7)、温度监测装置(8)以及压力监测装置(9)；所述液氮排出装置(7)通过排出管与所述壳体(2)的侧壁连通；所述温度监测装置(8)和所述压力监测装置(9)设置于所述壳体(2)的内部；所述控制显示装置(6)分别与所述液氮注入装置(5)、所述液氮排出装置(7)、所述温度监测装置(8)、所述压力监测装置(9)电连接。
7.一种试件超低温塑性冲击变形方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的试件超低温塑性冲击变形装置实现，包括以下步骤：s1、将金属试件(1)夹紧于夹爪(424)之间；s2、启动液氮注入装置(5)对壳体(2)注入液氮；s3、启动冲击件(3)连续撞击金属试件(1)；s4、金属试件(1)受到连续撞击后不断膨胀，将水平方向的冲击载荷作用于滑动套筒(422)，滑动套筒(422)通过弹簧(423)挤压筒抵触环(4221)，缓解冲击载荷。8.根据权利要求7所述的一种试件超低温塑性冲击变形方法，其特征在于，在步骤s1中，控制显示装置(6)分别控制电控驱动调节杆、电控驱动伸缩缸的长短，满足对多种尺寸金属试件(1)的安装夹紧。9.根据权利要求7所述的一种试件超低温塑性冲击变形方法，其特征在于，在步骤s2中，温度监测装置(8)、压力监测装置(9)将温度信息、压力信息发送至控制显示装置(6)，控制显示装置(6)分别控制液氮注入装置(5)的注入量和液氮排出装置(7)的排放量。

技术总结
本发明公开了一种试件超低温塑性冲击变形装置及塑性冲击变形方法，用于对金属试件进行超低温塑性冲击试验，该装置包括：壳体、冲击件、至少两组柔性夹具以及液氮注入装置；冲击件的固定端与壳体内腔顶壁连接，冲击件的自由端朝向壳体内腔底壁；每组柔性夹具包括：纵向调节件和水平柔性夹紧件，两个纵向调节件对称设置于壳体内腔底壁，每个水平柔性夹紧件包括：固定铆、滑动套筒以及弹簧；固定铆的第一端与一纵向调节件连接，且固定铆的第一端外侧壁固定套设有铆抵触环；两个滑动套筒的第二端夹紧金属试件。其通过弹簧的两端分别与铆抵触环、筒抵触环抵触配合，两个滑动套筒的第二端夹紧金属试件，从而柔性夹紧约束固定金属试件。件。件。


技术研发人员：张涵 乔及森 徐仰涛 夏天东 赵文军 杨浩
受保护的技术使用者：兰州理工大学
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/8/13