毕业设计（论文）-套筒式搭接接头剪切强度测量装置的研制

1、河南理工大学2014届本科毕业论文河南理工大学2014届本科毕业设计（论文）论文题目：套筒式搭接接头剪切强度测量装置的研制学 院： 材料科学与工程学院 专业名称： 材料成型及控制工程 年级班级： 2010-1班 学 号： 姓 名： 指导老师： 二0一四年四月二十四日iii河南理工大学2014届本科毕业论文摘要本文设计并制造了一套适用于测量搭接接头剪切强度的实验装置，可用于测量钎焊或瞬时液相扩散焊等的搭接接头，该装置属于套筒式紧凑结构，采用压力加载，最大承载为24KN，以304不锈钢为主框架，剪切刀头采用硬质合金。可测量搭接接头试样尺寸的范围为：长度1220mm，宽度515mm，厚度13mm，搭接长度为812mm，为方便起见设定试样尺寸为20102mm，搭接长度为10mm。采用该夹具进行一系列剪切试验，通过观察剪切试样的断口，分析剪切强度试验数据，进一步明确了该套装置的实用范围。由试验过程分析，该装置能够使搭接面处于单纯的剪切状态，测量结果更加精确，更符合理论值。同时该夹具的对试样尺寸要求较小，可适用于脆硬性材料和较软材料，且该夹具本身加工简单、容易操作，使用寿命较长。关键词：搭接接头；

2、剪切强度；夹具全套图纸加扣 3012250582全套图纸加扣 3012250582AbstractIn this paper, it is designed and manufactured that a set of suitable for measuring the shear strength of lap joint experiment device，which can be used to measure brazing and transient liquid phase diffusion welding of lap joints and so on.The device belongs to the telescopic compact structure, adopts the pressure loading,maximum load of 24 KN,With 304 stainless steel main frame,shearing blade with carbide.Measure the size range of the lap joint s

3、amples: length 12 20mm, width 5 15mm, the thickness of 1 3mm, the lap length of 8 12mm, the sample size is set for convenience of 20102mm, ride pick 10mm.The fixture uses a series of shear test specimens by observing the shear fracture, shear strength test data analysis, to further clarify the scope of the set of practical devices.Analyzed by the test procedure, the faying surfaces of the device enables a simple cut in the state, the measurement results are more accurate and more consistent with

4、 theoretical values.Meanwhile, the sample size required to clamp smaller applicable to hard brittle material and a relatively soft material, and the machining jig itself is simple, easy to operate, a longer service life.Keywords: lap joints;shear strength;deviceI目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 引言11.2 背景技术11.3 夹具设计预期目标4第二章 结构设计52.1材料的选择62.1.1不锈钢62.1.2硬质合金62.2夹具强度校核8第三章 加工工艺93.1 机加工11第四章 实验方法及检测164.1实验用设备164.1.1软件系统164.1.2主要技术参数164.1.3应用范围164.2实验方法174.2实验结果检验分析19第五章总结22致谢23参考文献24附录一零件图及装配图25附录二零件加工工艺卡32

5、第一章 绪论1.1 引言搭接接头应力分布均匀，缓解了应力集中，从而使结构具有优良的抗疲劳特性；另外搭接接头质量轻、成本低、表面光滑，同时还具有其他接头没有的密封特点，因而在航空及民用工业中得到了广泛的应用6。随着焊接技术的发展，测量搭接接头的剪切强度成为肯定焊接技术的重要指标。同时观察焊缝组织，焊缝断裂机理及断面裂纹形态也是用来分析接头质量的重要依据。本夹具主要用于测量钎焊及扩散焊搭接接头的剪切强度，本研究的主要难题是使被测试样搭接接头在单纯剪切力的作用下断裂，保证钎焊面与剪切夹具的剪切面在同一平面上。在实验记录其最大剪切力Fmax比上有效搭接面积S0即是剪切强度值，剪切强度用m表示。m=Fmax/S0上式中： m剪切强度 Fmax最大剪切力 S0有效搭接面积1.2 背景技术搭接接头由于其独特的优越性，钎焊技术或瞬时液相扩散焊技术的科研者们也更多的采用搭接接头来检测连接质量，但是连接后接头剪切强度测试因受夹具的影响一直不能令科研工作着满意。中华人民共和国国家质量监督检查检疫总局与中国国家标准化管理委员会合作发布了GB/T 113632008钎焊接头强度试验方法，同时也检索到专利号为ZL

6、 200420086454的实用新型专利。但是GB/T 113632008标准中是将两片已按标准加工好的试样搭接在一起，两端加持在拉伸试验机上沿反方向对拉，直到试样拉裂为止。然而这种试验方法有个很明显的缺陷，即：1、在拉伸的过程中，钎焊搭接接头所在表面承受的是十字拉伸，而不是均匀的正向拉伸，变形也不是各向同性，如图1-1，若试样在力F作用下没有发生塑性变形而断裂，则接头是在力矩M的作用效果下断裂，测得结果并非是钎焊接头实际剪切力；2、若试样在力F作用下发生塑性变形而断裂，则接头是在分力T1、T2共同作用下断裂，测量所得的剪切力与钎焊接头实际剪切力不符，因而无法准确的反映出金属板料之间钎焊接头的剪切强度；理想状态实际受力状态图1-1 搭接接头受力分析Fig1-1 The force analysis of lap joint3、另外试验方法对试样尺寸要求高，浪费材料，试样不易加工。图1-2 专利夹具原理图而在专利ZL 200420086454中虽然有改进的地方，但也有很明显的缺陷即（原理如图1-2所示）：Fig1-2 Fixture schematic diagram from pate

7、nt1、试样厚度不可改变。由其结构原理图可明显观察到，该夹具只能适用于一种尺寸的搭接接头；2、只适用于较硬材料，不能适用于较软材料，原因是若试样母材较软，屈服强度低，搭接接头的剪切强度大于试样的屈服强度，那么在剪切试验过程中试样会在剪断之前发生屈服变形，增大试验结果误差；3、对试样剪切过程不能实时观察。该夹具外套有圆柱形套筒，实验过程中试样的实时情况不可观察；4、对夹具本身磨损不可修补，对制作夹具的材料性能要求较高。该夹具的压头和底座需要有较高的屈服强度，且要有较好的抗磨损性能。图1-3现用夹具原理图现行应用的剪切夹具虽能解决一定的问题，现用夹具原理图如图1-3所示。该夹具同样可以保证试样受正向均匀的拉伸，也有一定的不足：Fig1-3 The principle diagram of the active fixture 1、对夹具本身制作材料的性能要求较高，即要求较高的屈服强度，若该夹具在使用过程中发生塑性变形如图1-4所示，则不能保证试样受正向均匀的拉伸；2、该夹具受力部位已发生明显的不可修补的磨损，要求材料有较好的抗磨损性能；图1-4现用夹具3、考虑到夹具本身加工制造难易的问题，

8、该夹具加工制作繁琐。Fig1-4 The active fixture 1.3 夹具设计预期目标希望能设计制造出一套夹具，达到以下目标：1、夹具能够成功测量搭接接头剪切强度；2、夹具结构紧密，配合精准，能够保证焊接面与剪切面在同一平面上，使搭接接头在纯剪切力的作用下断裂；3、夹具维护方便，有较长的使用寿命；4、夹具加工制作容易，使用操作方便；5、夹具能适用于尺寸较小的试样，且试样尺寸在一定范围内可调。第二章 结构设计夹具采用轴孔系配合，轴孔配合的偏差为0.02，能保证夹具配合精准，有利于加工制作。将剪切刀头与夹具体分开设计，以利于夹具体和刀头的分别加工制作，另外方便刀头的更换，延长夹具使用寿命。夹具刀头选用硬质合金制作，硬度较大，有利于保护夹具本体。在压头和底座上都设计有凹槽,目的是为了方便刀头的装卡。因为考虑到硬质合金刀头加工不方便，不能用于螺纹连接、铆接，同时焊接不方便。夹具采用压力加载，减小对夹具制作材料性能的要求，方便在拉伸试验机上使用。夹具本体选用304不锈钢制作，由于304不锈钢具有良好的抗腐蚀性能，有利于夹具的维护。夹具设计有螺纹孔，并装配有压紧螺钉，有利于调节搭接接头焊

9、缝位置，保证焊缝表面与剪切面在同一平面上。1拉伸试验机；2压头；3刀头；4压紧螺钉；5搭接接头试样；6套筒；7底座图2-1夹具结构示意图Fig2-1 Structure diagram of fixture该剪切夹具的结构设计如下（如图2-1）：包括拉伸试验机1，该装置还包括与所述拉伸试验机相互作用的夹具，夹具包括一个底座7，一个的压头2，一个圆柱形的套筒6，压头和底座嵌有刀头3，拉伸试验机通过挤压与夹具相互作用。底座和压头在垂直于半圆柱面方向设有螺纹孔，并有与其相配合的压紧螺钉4。详细零件图及装配图图纸见附录一。2.1材料的选择考虑到该剪切夹具的使用寿命以及日常的维护，本夹具的压头，底座套筒选择304不锈钢，压头和底座上镶嵌的刀头选用高速工具钢 。304不锈钢硬度220HBW，硬质合金硬度为582HBW。2.1.1不锈钢304不锈钢是一种很常见的不锈钢，业内也叫做18/8不锈钢。相当于我们的0Cr18Ni9(据GB/T 20878-2007 现已更改为06Cr19Ni10不锈钢)。它的抗腐蚀性能要优于430不锈铁，耐腐蚀耐高温，加工性能好，因此广泛使用于工业和家具装饰行业和食品医疗行业，例如：一些高档的不锈钢餐具，浴室厨房用具等。304不锈钢是应用最为广泛的一种铬-镍不锈钢，作为一种用途广泛的钢，具有良好的耐蚀性、耐热性，

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