一种超细铝或铝合金丝线的拉伸试验装置及方法

技术领域

本发明涉及丝线材料拉伸试验装置和方法研究领域，具体涉及一种超细铝或铝合金丝线的拉伸试验装置及方法。

背景技术

随着铝及铝合金丝线材料制备工艺的不断发展，铝及铝合金单丝已经逐渐应用于电缆领域，如：新能源汽车电子线和充电桩连接线等。电缆对铝单丝的强度和延伸率等力学指标具有严格的要求，电缆用铝单丝的强度和延伸率测试结果的准确性将直接影响最终产品的合格率。目前，对于丝线类的拉伸试验普遍采用平板加持或者楔形夹具夹持，无论采用板状夹具还是楔形夹具进行拉伸试验时，都会在夹持端产生一定的应力集中，对于直径较大的铝线，这种应力集中对铝线拉伸试验的影响较小，仍可获得良好的拉伸曲线。但电缆用铝及铝合金线的直径通常小于0.3mm，拉断时的力分布在5～10N。所以，夹持端的应力集中对超细铝及铝合金线的拉伸影响尤为明显，在超细铝及铝合金线拉伸试验时会导致在夹持端断裂，断裂位置通常不在标距内，导致超细铝及铝合金线的延伸率和强度数据误差较大，无法准确反映出超细铝及铝合金线的真实性能。因此，研制一种适用于超细铝及铝合金线的拉伸试验装置和方法对提高超细铝及铝合金线强度和延伸率测试的准确性至关重要。

发明内容

为了解决超细铝及铝合金线拉伸试验断裂位置容易超出标距范围的问题，同时也为了提高超细铝及铝合金线强度和延伸率测试结果的准确性，本发明的目的在于提供一种超细铝或铝合金丝线的拉伸试验装置及方法，优化了超细铝及铝合金线拉伸试验时的受力分布方式，可避免拉伸试验时在夹持端的应力集中；该装置拆卸简单，可应用于各类拉伸试验机。

本发明所采用的技术方案如下：

一种超细铝或铝合金丝线的拉伸试验装置，该装置分为两组夹具装置，每组夹具装置包括绕线柱、锁紧柱、连接杆、安装板，具体结构如下：

竖直的安装板一侧设置有绕线柱、锁紧柱，锁紧柱位于绕线柱的斜上方；绕线柱的侧面开设有圆环形凹槽和环状V形槽，环状V形槽的横截面为侧向的V形，位于外侧的V形开口端与绕线柱的外轮廓平齐，位于内侧的V形收口处为圆环形凹槽且位于绕线柱的中间；锁紧柱为圆柱体一端同轴一体设有光杆部分、螺纹部分，圆环形橡胶垫圈与锁紧柱的光杆部分匹配且套装于光杆部分，锁紧螺母通过内螺纹与锁紧柱的螺纹部分匹配，锁紧螺母安装于锁紧柱的螺纹部分，其端面与橡胶垫圈的一端面相对应；安装板的上端设有连接杆，通过连接杆与拉伸试验机连接。

所述的超细铝或铝合金丝线的拉伸试验装置，锁紧柱的圆柱体一端面作为绕线平面与圆环形凹槽平齐，圆柱体高度H为锁紧柱高度的一半，使锁紧柱的绕线平面与绕线柱的绕线部分高度相同；超细铝或铝合金丝线的一端绕设于光杆部分且位于圆柱体一端面与橡胶垫圈的另一端面之间，锁紧螺母通过橡胶垫圈对超细铝或铝合金丝线的一端预紧固定；超细铝或铝合金丝线的另一端于绕线柱的圆环形凹槽缠绕后，其标距部分引出。

所述的超细铝或铝合金丝线的拉伸试验装置，绕线柱和锁紧柱之间的超细铝或铝合金丝线连接段与水平线的夹角α限定在0°～45°。

所述的超细铝或铝合金丝线的拉伸试验装置，超细铝或铝合金丝线的直径为0.1～0.5mm。

所述的超细铝或铝合金丝线的拉伸试验装置，该装置的材质为6系铝合金。

所述的超细铝或铝合金丝线的拉伸试验装置，圆环形凹槽作为绕线柱的绕线部分，圆环形凹槽的横截面为半圆形，圆环形凹槽开口直径为1.0mm。

所述的超细铝或铝合金丝线的拉伸试验装置，圆环形凹槽采用3000#砂纸打磨，保证凹槽内表面光滑；光杆部分采用3000#砂纸打磨，保证光杆外表面光滑。

所述的超细铝或铝合金丝线的拉伸试验装置，橡胶垫圈为圆环形，其内径与锁紧柱的光杆部分外径相同。

一种超细铝或铝合金丝线的拉伸试验方法，将待测超细铝或铝合金丝线一端首先缠绕至锁紧柱的光杆部分，预紧锁紧柱上的锁紧螺母，使橡胶垫圈压住超细铝或铝合金丝线，再将超细铝或铝合金丝线缠绕于绕线柱的圆环形凹槽一周，缠绕方向为顺时针，使超细铝或铝合金丝线与绕线柱的圆环形凹槽完全贴合；另一组夹具装置进行相同操作，完成超细铝或铝合金丝线拉伸试样的安装。

所述的超细铝或铝合金丝线的拉伸试验方法，每组夹具装置通过安装板上的连接杆连接拉伸试验机，设置试验参数后开展拉伸试验。

本发明设计原理及有益效果如下：

1、设计原理：夹持端受力分布优化，采用传统的板状或楔形夹具测试超细铝及铝合金线时，会在夹持端处产生明显的应力集中，导致拉伸试验时容易在夹持处断裂，本发明采用的缠绕式夹具，通过绕线柱和锁紧柱的配合可优化夹持部分的试样应力分布，有效降低标距段之外试样的应力集中；首先，锁紧柱采用橡胶垫圈预紧超细铝或铝合金丝线，一方面采用橡胶垫圈可增大与超细铝或铝合金丝线的摩擦力，防止试验时发生打滑现象，另一方面橡胶垫圈相对较软，可避免预紧时损伤超细铝或铝合金丝线表面造成应力集中；其次，通过超细铝或铝合金丝线在绕线柱缠绕一周的操作方式，可以在超细铝或铝合金丝线和绕线柱之间增加一定的摩擦力，从而降低超细铝或铝合金丝线在绕线柱和锁紧柱连接段的超细铝或铝合金丝线的应力，使之低于拉伸试验时标距段超细铝或铝合金丝线的受力；另外，通过绕线柱和锁紧柱位置的优化，将绕线柱和锁紧柱连接段超细铝或铝合金丝线与水平线的夹角α限定在0°～45°，可降低超细铝或铝合金丝线与绕线柱以及锁紧柱连接点处的应力集中；综上，通过锁紧柱结构设计、绕线柱缠绕方式设计、以及绕线柱与锁紧柱相对位置优化，可以有效降低超细铝或铝合金丝线拉伸试验时在夹持部分的应力集中，保证在拉伸试验时试样标距内为主要受力部分，大幅降低拉伸试验在标距外断裂的概率。

2、有益效果：本发明提供了一种针对超细铝或铝合金丝线拉伸试验的装置和方法，解决了超细丝线拉伸试验时夹持处应力集中的问题，从而避免了拉伸试验时试样在标距区之外断裂的概率，采用本发明设计的装置和方法进行超细铝或铝合金丝线拉伸试验时，试样均在标距区域内断裂，显著提高了超细铝或铝合金丝线强度和延伸率测试的准确性，提高了数据的有效性，避免了重复试验带来的测试成本增加。此外，本发现设计的夹具可更换连接杆，因而可适用于不同类型的拉伸试验机。另外，本发明的设计原理也应用于其他丝线材料的拉伸试验。

附图说明

图1-图4为本发明设计的超细铝或铝合金丝线拉伸试验装置的仰视图以及装置各个部分的详细说明。其中，图1为仰视图，图2为锁紧柱，图3为橡胶垫圈，图4为锁紧螺母。

图5为本发明设计的超细铝或铝合金丝线拉伸试验装置的主视图和测试时的绕线方式。

图中，1-绕线柱，2-锁紧柱，3-光杆部分，4-螺纹部分，5-橡胶垫圈，6-锁紧螺母，7-连接杆，8-安装板，9-圆环形凹槽，10-圆柱体，11-超细铝或铝合金丝线，12-环状V形槽。

具体实施方式：

如图1～图5所示，本发明提出一种超细铝或铝合金丝线的拉伸试验装置，该装置主要分为两组夹具装置，每组夹具装置包括绕线柱1、锁紧柱2、橡胶垫圈5、锁紧螺母6、连接杆7、安装板8，具体结构如下：

竖直的安装板8一侧设置有绕线柱1、锁紧柱2，锁紧柱2位于绕线柱1的斜上方；绕线柱1的侧面开设有圆环形凹槽9和环状V形槽12，环状V形槽12的横截面为侧向的V形，位于外侧的V形开口端与绕线柱1的外轮廓平齐，位于内侧的V形收口处为圆环形凹槽9且位于绕线柱1的中间，圆环形凹槽9作为绕线柱1的绕线部分，环状V形槽12的设计便于对超细铝或铝合金丝线11进行导向，使超细铝或铝合金丝线11容易落入圆环形凹槽9内；锁紧柱2为圆柱体10一端同轴一体设有光杆部分3、螺纹部分4，圆环形橡胶垫圈5与锁紧柱2的光杆部分3匹配且套装于光杆部分3，锁紧螺母6通过内螺纹与锁紧柱2的螺纹部分4匹配，锁紧螺母6安装于锁紧柱2的螺纹部分4，其端面与橡胶垫圈5的一端面相对应。

锁紧柱2的圆柱体10一端面作为绕线平面与圆环形凹槽9平齐，圆柱体10高度H为锁紧柱2高度的一半，使锁紧柱2的绕线平面与绕线柱1的绕线部分高度相同；超细铝或铝合金丝线11(试样)的一端绕设于光杆部分3且位于圆柱体10一端面与橡胶垫圈5的另一端面之间，锁紧螺母6通过橡胶垫圈5对超细铝或铝合金丝线11的一端预紧固定；超细铝或铝合金丝线11的另一端于绕线柱1的圆环形凹槽9缠绕后，其标距部分引出，绕线柱1和锁紧柱2之间的超细铝或铝合金丝线11连接段与水平线的夹角α限定在0°～45°。安装板8的上端设有连接杆7，通过连接杆7与拉伸试验机连接。

拉伸试验需要超细铝或铝合金丝线11的两端都要固定，因此采用两组夹具装置对称放置，保证拉伸试验时超细铝或铝合金丝线11的轴向平行于拉伸加载方向即可。所以，两组夹具装置的位置关系可不做特殊限定。

下面，结合实施例进一步详述本发明。

实施例

本实施例中，拟测试直径为0.2mm的超细纯铝线，采用的两组夹具装置材质均为6201铝-镁-硅合金。

如图1-图4所示，主要部件的尺寸规格如下：

绕线柱1外轮廓直径为50.0mm，绕线柱1上缠绕试样部分的圆环形凹槽9直径为29.0mm，圆环形凹槽9的横截面为半圆形，所述半圆形(即圆环形凹槽开口)半径为0.5mm；将圆环形凹槽9采用3000#SiC砂纸打磨，保证凹槽内表面光滑。

锁紧柱2由光杆部分3和螺纹部分4组成，锁紧柱2的绕线平面(即圆柱体10一端面)与绕线柱1的圆环形凹槽9高度相同，H为14.5mm。锁紧柱2的光杆部分3直径和螺纹部分4外螺纹直径均8.0mm。

橡胶垫圈5厚度为2.5mm，内径为8.0mm，外径为14.0mm。

锁紧螺母6内螺纹与螺纹部分4的外螺纹相匹配。

如图5所示，将直径为0.2mm的超细纯铝线一端首先缠绕至锁紧柱2的光杆部分3，预紧锁紧柱2上的锁紧螺母6，保证橡胶垫圈5压住超细纯铝线，超细纯铝线另一端再缠绕于绕线柱1的圆环形凹槽9一周，缠绕方向为顺时针，使超细纯铝线与绕线柱1的圆环形凹槽9完全贴合，最后另一组夹具装置进行相同操作，完成超细纯铝线拉伸试验试样安装。拉伸试验需要超细铝或铝合金丝线11的两端都要固定，因此采用两组夹具装置对称放置，保证拉伸试验时超细铝或铝合金丝线11的轴向平行于拉伸加载方向即可，每组夹具装置通过安装板8上的连接杆7连接拉伸试验机，设置试验参数后，即可开展拉伸试验。

采用本实施例对超细纯铝线开展拉伸实验后，经多次实验，发现断裂位置均在标距内，显著提高了超细铝或铝合金丝线拉伸数据(如：测试强度、延伸率等)的准确性和有效性，避免了重复试验带来的测试成本增加。