[发明专利]一种金属通电剪切试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明属于金属剪切试验领域，具体地说,涉及一种金属通电剪切试验装置及试验方法。

背景技术

工程结构件除承受拉力和压力外，大多还承受剪切力的作用，有些情况剪切力还起着主要的作用。如蒸汽锅炉、桥梁及飞机中的铆钉，结构件上的销子等都是受剪切力的作用，它们的抗剪强度如何关系到构件的安全，因此在结构件的设计和制造时都必须考虑材料的剪切强度。近年来，国内外许多学者把高能电脉冲作为一种新的技术手段引入材料制备与试验加工的研究中，材料在运动电子作用下，变形抗力急剧下降，塑性明显提高的现象称为电塑性效应，电塑性效应不仅可以降低普通材料的变形抗力，大幅增加材料的成形极限，同时改善产品的表面质量，提高成材率，特别适用于加工那些难变形材料及异形件，因此，有必要研究在通电条件下材料的机械性能，一般研究材料的抗拉强度、抗压强度和抗剪强度，确定高能电脉冲对材料机械性能参数的影响效果，提供材料在通电条件下的机械性能参数，用于电塑性加工，近年来，随着高新技术的迅速发展和各种新材料的发现，对于新材料的加工也需要不同于常规的新加工技术，因而材料的电塑性加工必将得到迅速发展，但是，目前实验室中采用的常规剪切试验方法无法满足通电要求。现有公开的技术文献《钛合金丝材剪切强度影响因素试验研究》中介绍了一种纯剪切试验方法,采用圆形剪切孔代替普通剪切试验所采用的半圆型剪切孔，降低剪切过程中应力集中现象，使实验结果更加精确，但是，由于模具全金属结构，无法满足加电试验要求，而且试验机主体都是钢铁结构，极易导电，直接通电试验，会危及人员及设备安全，必须进行绝缘处理。

发明内容

为克服实验中常规剪切试验方法无法满足通电要求，以及普通剪切试验半圆形剪切孔所伴随的应力过度集中及剪切断面与试样轴线不垂直问题，本发明提出一种金属通电剪切试验装置及试验方法；通过设计一种简易的剪切试验装置实现在高能电脉冲电流条件下的材料抗剪强度的测定；通过研究在通电条件下材料的机械性能，确定高能电脉冲对材料机械性能参数的影响效果，提供材料在通电条件下的机械性能参数，尤其是抗剪强度，用于电塑性加工。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种金属通电剪切试验装置，包括凸模、凹模、底座、夹头、连接杆、绝缘板、绝缘垫圈、绝缘套筒和高能脉冲电源，所述底座为凹形长方体，凹槽中间的宽度大于两端宽度，凹槽内两端有安装孔；凹模位于底座上凹槽内，凹模底部的凸块与底座中间部位凹槽相合，凹模两侧壁中间部位有通孔；凸模位于凹模的上方，凸模下部半圆形刃口处的两侧面与凹模通孔的两内侧面平行安装，绝缘板位于凸模和连接杆之间，连接杆安装在绝缘板上方，连接杆两端通孔与绝缘板两端通孔和凸模两端螺纹盲孔同轴，连接杆与绝缘板通过紧固螺栓紧固在凸模上，绝缘套筒与绝缘垫圈安装在连接杆两端通孔中；剪切试样放置在凹模的两个通孔中，剪切试样两端有夹头对称安装；高能脉冲电源位于底座端部，且与底座之间保持安全距离，高能脉冲电源的引出导线固连在剪切试样两端部的夹头上；底座安装在试验机工作台上。

一种根据所述的金属通电剪切试验装置进行剪切试验的方法，其特点在于包括如下步骤:

步骤1.通过对剪切装置进行绝缘设计来保证了操作人员及机器设备的安全，其中绝缘板位于连接杆与凸模之间，起绝缘连接杆与凸模的目的，底座通过螺栓连接紧固到电子万能试验机工作台上，底座采用绝缘材料，起绝缘凹模与电子万能试验机工作台的目的；

步骤2.测量剪切试件受剪处的直径D，通过公式S=πD²/4计算出截面面积S，将剪切试样放在凹模的圆孔中，连接高能脉冲电源；

步骤3.设定万能试验机参数；将高能脉冲电源的引出导线连接到剪切试样两端的夹头上；电流为400A，每隔30S发一次脉冲电，每个脉冲持续0.03S，在整个剪切试验过程中，始终保持所设定的参数；

步骤4.完成试验条件设定，调整试验机横梁位置，选择适当量程，接通高能脉冲电源，试验开始，平稳施加载荷，直至试样断裂；

步骤5.试样断裂后，记下剪断时电子万能试验机上显示的最大荷载P，按照公式τ_b=P(2S)计算出试样的剪切强度。

有益效果