一種材料粘接強度的檢測方法及其檢測儀的製作方法

2023-05-27 12:54:21 3

專利名稱：一種材料粘接強度的檢測方法及其檢測儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種材料粘接強度檢測方法。本發明還涉及應用上述粘接強度檢測方法的檢測儀。
背景技術：
工業生產中為了將兩個材料(或構件、工件)互相聯接起來，可以採用各種各樣的聯接方式，其中通過膠粘劑把被聯接材料聯接在一起，使其具有一定強度的聯接工藝，叫膠粘工藝(或稱膠結工藝)。膠粘工藝成本低，聯接後的重量輕，可被粘接的材料範圍也非常廣泛，可以為木製品、金屬構件、有機材料等等，因此在工業生產中得到了廣泛應用。膠粘結構在使用時，總是要求具有最佳的力學性能，目前評定膠粘體系力學性能優劣的主要指標是粘接強度，粘接強度是指在外力作用下，使膠粘件中的膠粘劑與被粘物界面或其鄰近處發生破壞所需要的應力，粘接強度又稱為膠接強度。粘接強度是膠粘體系破壞時所需要的應力，其大小不僅取決於粘合力、膠粘劑的力學性能、被粘物的性質、粘接工藝，而且還與接頭形式、受力情況(種類、大小、方向、頻率)、環境因素(溫度、溼度、壓力、介質)和測試條件、實驗技術等有關。粘接接頭在外力作用下膠層所受到的力，可以歸納為剪切、拉伸、不均勻扯離和剝離4種形式(I)剪切。如圖1所示，即對被聯接材料施加外力大小相等、方向相反，基本與粘接面平行的外力，剪切力均勻分布在整個被聯接材料的粘接面上。(2)拉伸，亦稱均勻扯離。如圖2所示，即粘接面受到方向相反且垂直於粘接面的拉力作用，拉伸力均勻分布在整個粘接面上。(圖2所示)(3)不均勻扯離。也叫劈裂。如圖3所示，外力作用的方向雖然也垂直於粘接面，但是分布不均勻。(4)剝離。如圖4所示，外力作用的方向與粘接面成一定角度，基本分布在粘接面的一條直線上。上述4種力，在同一膠粘體系中很有可能有幾種力同時存在，只是何者為主的問題。根據粘接接頭受力情況不同，粘接強度具體可以分為剪切強度、拉伸強度、不均勻扯離強度、剝離強度等。對應上述的應力的粘接強度的檢驗及評價方法方法不難獲得，也可以方便地得到檢驗的儀器和裝備。但是通過觀察以上所述的檢測方法及相應的檢測儀器、設備，粘接材料所形成的粘接面均為一平面，對粘接面施加的破壞應力均為沿著與粘接面或平行、或垂直、或呈一定角度的向外部的位移運動。但在生產實踐中，當將一聯接材料的外圓面(或外圓錐面)與另一聯接材料的內圓面(內圓錐面)相粘接的情況，此時，所形成的粘接面為一圓面或圓錐面。就無法使用上述方法對材料的粘接面的粘接強度進行有效的檢驗。對這類材料的粘接強度的評價方法亟待建立。

發明內容
發明目的在於針對上述存在的問題，提供一種材料粘接強度的檢測方法。本發明另一目的是提供一種材料粘接強度檢測儀。本發明採用的檢測方法如下1、試樣準備被測試樣包括具有環形結構的第一粘接件，第二粘接件；第二粘接件的外圓與第一粘接件的內孔形狀相適配；第二粘接件套入第一粘接件的內孔中，並通過粘接劑相互粘接固連；2、試樣固定第一粘接件通過第一緊固件夾持固定在旋轉裝置上，第二粘接件被與機架固連的第二緊固件夾持或卡固，第二緊固件上還設置有扭矩檢測裝置(如扭矩傳感器，或扭力彈簧等)；3、試樣旋轉啟動旋轉裝置，使第一粘結件與第二粘結件之間的粘接面產生圓周切向的剪切應力；逐漸增加旋轉裝置的旋轉力，即增加第一粘結件與第二粘結件之間的圓周切向的剪切應力，使第一粘接件和第二粘接件相互產生旋轉位移，粘接面被破壞，粘接失效。4、測量粘接面破壞時的扭矩量可用於評價材料粘接面的粘接強度。本發明方法與通常所採用的測量平面粘接材料的粘接強度的拉、剝、扯等檢測方法不同，其適用於測試粘接面為圓面、圓錐面結構的粘接材料之間的粘接強度。被測試材料一為內孔呈圓形或圓錐形的筒形或環形結構。被測試材料二為環形結構，外周為具有與被測試材料一的內孔相適配的圓形或圓錐形結構。測試材料二套入測試材料一的內孔，並相互粘接固連。通過測試粘接面之間被施加外力後產生相對旋轉，破壞粘接面的瞬時扭力力矩，來評價粘接材料的粘接強度。採用本發明的測試方法，更進一步的改進是在機架上部固連軸向施力裝置，軸向施力裝置的驅動軸上設置有扭矩傳感器；驅動軸下端固連第二緊固件，第二緊固件為與第二粘接件內孔相適配的圓柱體，圓柱體的外周有至少一條軸向凸齒；驅動軸在軸向施力裝置的驅動下，將第二緊固件插入第二粘接件的內孔，凸齒嵌固在第二粘結件的孔壁內，與第二粘接件緊固連接。上述測試方法，增強了第二粘接件與第二緊固件之間的緊固程度，確保在粘接面被破壞前，第二粘接件不與第一粘接件同步旋轉。採用本發明的測試方法，更進一步的改進是上述步驟I試樣準備被測試樣包括具有圓錐環結構的第一粘接件，第二粘接件；第二粘接件的外錐面與第一粘接件的內錐孔形狀相適配；第二粘接件外錐面套入第一粘接件的內錐孔中，並通過粘接劑粘接固連；上述步驟2試樣固定第一粘接件通過第一緊固件被固定在旋轉裝置上；機架上部固連軸向施力裝置，軸向施力裝置的驅動軸上分別設置有扭矩傳感器和拉伸力傳感器；驅動軸下端固連第二緊固件，第二緊固件外周面為與第二粘接件內錐孔相適配的錐形結構，第二緊固件的錐面上有至少一條凸齒；驅動軸在軸向施力裝置的驅動下，將第二緊固件插入第二粘接件的內錐孔，凸齒嵌固在第二粘結件的孔壁內，與第二粘接件緊固連接，保持軸向壓力，拉伸力傳感器記錄驅動軸施加在第二粘接件上的軸向力；上述步驟4測量將上述步驟2所測得的軸向力和粘接面破壞時所測得的扭矩量採用如下公式可評價材料粘接面的粘接強度F F==M-Mf = M-P/ ( μ X D/2sin α )式中M-粘接面被破壞時的扭矩量Mf-第二粘接件的摩擦力矩K-第二粘接件的摩擦力矩P-作用在第二粘接件上的軸向力μ -第二粘接件與第二緊固件的摩擦係數D-第二粘接件內錐孔的平均摩擦直徑α -第二粘接件內錐孔的半圓錐角。上述測試方法，將影響扭矩應力的摩擦應力通過公式計算予以去除，同時也增強了第二粘接件與第二緊固件之間的緊固程度，確保在粘接面被破壞前，第二粘接件不與第一粘接件同步旋轉。此外，第二粘接件的摩擦力矩中，還可以考慮溫度等影響因素，在公式中引入溫度等常數。F=M-Mf=M-KP/( μ XD/2sina)，K 為常數。本發明還涉及材料粘接強度的檢測儀。包括機架，第一緊固件、第二緊固件，旋轉裝置；所述第一緊固件通 過旋轉裝置固連在機架的下部；所述第二緊固件通過連接杆固連在機架上，連接杆上固連有扭矩檢測裝置。將本發明檢測方法所述的被測試樣放置在檢測儀內，第一粘接件被第一緊固件緊固，第二粘接件被第二緊固件夾固。啟動旋轉裝置，當旋轉裝置產生的剪切應力大於第一、第二粘接件的粘接強度時，粘接面將被破壞，粘接件之間產生方向相反的旋轉位移，記錄扭矩峰值，即可獲得粘接面被破壞時的最大剪切應力，從而可用於對粘接材料的粘接強度的強弱、好壞、是否達到控制標準進行軸向施力裝置定量評價。上述檢測儀也可以由以下部件組成包括機架，第一緊固件、第二緊固件，旋轉裝置、軸向施力裝置；所述第一緊固件通過旋轉裝置固連在機架的下部；所述軸向施力裝置固連在機架的上部，第二緊固件固連在軸向施力裝置的驅動軸的下端，驅動軸上固連有扭矩檢測裝置。與前述的檢測儀相比，增加了一個軸向施力裝置，這樣可以向下部施加更大的壓力，便於第二緊固件進入、插入第二粘接件的內孔或內錐孔中。上述檢測儀的第一緊固件可以由卡盤和下部的卡盤座組成，卡盤用於鎖緊、卡固第一粘接件。上述旋轉裝置由電機帶動，電機的輸出轉軸與卡盤座固連。上述第二緊固件可以設計成帶上下鉗口的可相互鎖緊的夾板。上下夾板分別夾持第二粘接件的上下端面並與第二粘結件鎖緊、卡固。上述第二緊固件也可以設計成與第二粘接件內孔相適配的圓柱體(或圓錐體)，圓柱體的外周有至少一條軸向凸齒(圓錐體的外周有至少一條凸齒)。在機架的上部固連一個軸向施力裝置，與施力裝置的驅動軸固連的第二緊固件從上部插入第二粘接件的內錐孔，凸齒嵌固在第二粘結件的孔壁內，這樣的結構可以增強第二緊固件對第二粘接件的抵抗旋轉的卡固性能。更進一步的改進是，軸向施力裝置的驅動軸上分別設置有扭矩傳感器和拉伸力傳感器。當被測試樣為錐形結構時，軸向施加的壓力將會在被測試樣與夾持部件之間產生圓周切向的摩擦力，摩擦力與軸向力成正比關係，並與粘接面上產生的剪切應力方向相反。通過儀表測量出軸向力，可將摩擦力對扭矩的影響予以排除。使不同結構的粘接面的粘接強度具有可比性。


本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中圖1-圖4是現有技術的材料粘接強度的測試方法示意圖。圖5是錐形結構的被測試樣的剖面結構示意圖。圖6是本發明實施例1的粘接強度檢測儀結構示意圖。(其中固定部位的各部件為局部透視圖)圖7是本發明實施例2的粘接強度檢測儀結構示意圖。圖8是圖6的A-A剖面示意圖。圖9是圖6中第一粘接件和第二粘接件組成的被測試樣剖面放大示意圖。(為避免剖面線過多，影響各部件線條結構顯示，只有粘接面有剖面線)。圖10是圖6中的第二緊固件的放大示意圖。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。實施例1 :如圖6、8所示的第一種實施例的粘接強度檢測儀，包括機架4，機架下部固連的電機5通過減速器可驅動第一緊固件的卡盤座6旋轉，卡盤座上部固連卡盤8 ;機架上部固連軸向施力裝置12 (如氣缸或液壓油缸)，軸向施力裝置的驅動軸上設置有扭矩傳感器10 ;驅動軸下端固連第二緊固件9，第二緊固件為與第二粘接件內孔相適配的圓柱體，其結構如圖8、10所示，圓柱體的外周有若干條軸向凸齒13。被測試樣7的結構如圖9所示，具有環形結構的第一粘接件1，第二粘接件3和粘接面2。上述試樣的粘接強度檢測方法如下1、試樣固定將被測試樣7放置在檢測儀的卡盤內，第一粘接件被卡盤固定，驅動軸在軸向施力裝置的驅動下，將第二緊固件插入第二粘接件的內孔，凸齒嵌固在第二粘結件的孔壁內，與第二粘接件緊固連接。2、試樣旋轉啟動電機，並逐漸增加電機的輸出功率，當測試試樣的第一粘接件和第二粘接件之間的粘接面被破壞，第一粘接件和第二粘接件相互產生旋轉位移時，關閉電機。3、測量記錄粘接面破壞時所測得的扭矩量(即其峰值)，將其用於評價材料粘接面的粘接強度。
實施例2 如圖7所示的第二種實施例的粘接強度檢測儀，其與圖6所示的檢測儀的區別在於，被測試樣7結構如圖5所示，其具有錐形結構的第一粘接件1，第二粘接件3和粘接面
2;其半圓錐角為α，平均直徑為D。軸向施力裝置的驅動軸上分別設置有扭矩傳感器10和拉伸力傳感器11 ;驅動軸下端固連的第二緊固件9具有與第二粘接件內孔相適配的錐形結構，第二緊固件的錐面上有至少一條凸齒。實施例2的檢測儀的檢測方法如下1、試樣固定將被測試樣7放置在卡盤內，第一粘接件被卡盤固定。驅動軸在軸向施力裝置的驅動下，將第二緊固件插入第二粘接件的內孔，凸齒嵌固在第二粘結件的孔壁內，與第二粘接件緊固連接。2、第一次測量保持軸向壓力，拉伸力傳感器記錄驅動軸施加在第二粘接件上的軸向力。3、試樣旋轉啟動電機，並逐漸增加電機的輸出功率，當測試試樣的第一粘接件和第二粘接件之間的粘接面被破壞，第一粘接件和第二粘接件相互產生旋轉位移時，關閉電機。4、第二次測量記錄粘接面破壞時所測得的扭矩量(即其峰值)，將步驟2所測得的軸向力和粘接面破壞時所測得的扭矩量按照如下公式進行計算後，可評價材料粘接面的粘接強度F F==M-Mf = M-P/ ( μ X D/2sin α )式中M-粘接面被破壞時的扭矩量Mf-第二粘接件的摩擦力矩P-作用在第二粘接件上的軸向力μ -第二粘接件與第二緊固件的摩擦係數D-第二粘接件內錐孔的平均摩擦直徑α-第二粘接件內錐孔的半圓錐角。實施例1和實施例2中，第一、第二緊固件夾持緊固第一、第二粘接件的方法也可以採用本領域其他的適宜夾固方式。在此不再一一詳述。如可以將第二緊固件設計成底部有凸齒的壓頭，凸齒可以為多個，並呈三點式分布，軸向施力裝置的驅動軸將壓頭的凸齒壓入第二粘接件的端面。第二緊固件也可以設計成由四方頭緊定螺絲和夾頭組成，將一個或多個緊定螺絲擰入第二粘接件的上端面，夾頭夾緊緊定螺絲的方頭。下部的旋轉裝置旋轉方向與緊定螺絲的擰緊旋轉方向相反，即可使第二緊固件牢牢將第二粘接件夾緊，在粘接面被破壞前，不會隨著下部的旋轉裝置同向旋轉。當然上述緊定螺絲也可以採用活節螺絲等替換，還可以在兩個活結螺絲之間的圓頭孔之間穿插定位棒，用夾頭夾持圓頭或定位棒都可以將第二粘接件夾持固定。儘管已經根據優選實施例對本發明進行了示例和描述，但應認識到，本發明並不局限於前述的具體實施方式
。在不背離權利要求書中所闡述的本發明的情況下，可對此作出變更和改變，如上述第一粘接件和第二粘接件均可以在圓環形結構的基礎上，有所變化，如在環形端面上形成外翻邊。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特徵或任何新的組 合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權利要求
1.一種粘接強度測試方法，其特徵在於，包括如下步驟 (1)、試樣準備被測試樣包括具有環形結構的第一粘接件，第二粘接件；第二粘接件的外圓與第一粘接件的內孔形狀相適配；第二粘接件套入第一粘接件的內孔中，並通過粘接劑粘接固連； (2)、試樣固定第一粘接件通過第一緊固件被固定在旋轉裝置上，第二粘接件被與機架固連的第二緊固件夾持或卡固，第二緊固件與機架連接的固定杆上還設置有扭矩檢測裝置； (3)、試樣旋轉啟動旋轉裝置，在第一粘結件與第二粘結件之間的粘接面產生圓周切向的剪切應カ；逐漸增加旋轉裝置的旋轉力，使第一粘接件和第二粘接件相互產生旋轉位移，粘接面被破壞； (4)、測量試樣粘接面破壞時所測得的扭矩量評價材料粘接面的粘接強度。
2.根據權利要求1所述的粘接強度測試方法，其特徵在於 所述步驟(2)替換為如下步驟 (2)、第一粘接件通過第一緊固件被固定在旋轉裝置上；機架上部固連軸向施力裝置，軸向施力裝置的驅動軸上設置有扭矩傳感器；驅動軸下端固連第二緊固件，第二緊固件為與第二粘接件 內孔相適配的圓柱體，圓柱體的外周有至少一條軸向凸齒；驅動軸在軸向施力裝置的驅動 下，將第二緊固件插入第二粘接件的內孔，凸齒嵌固在第二粘結件的孔壁內，與第二粘接件緊固連接。
3.根據權利要求1所述的粘接強度測試方法，其特徵在於 所述步驟(I)、(2)、(4)替換為如下步驟 (1)、試樣準備被測試樣包括具有圓錐環結構的第一粘接件，第二粘接件；第二粘接件的外錐面與第一粘接件的內錐面形狀相適配；第二粘接件外錐面套入第一粘接件的內錐孔中，並通過粘接劑粘接固連； (2)試樣固定第一粘接件通過第一緊固件被固定在旋轉裝置上；機架上部固連軸向施力裝置，軸向施力裝置的驅動軸上分別設置有扭矩傳感器和拉伸カ傳感器；驅動軸下端固連第二緊固件，第二緊固件的外周面為與第二粘接件內錐孔相適配的錐形結構，第二緊固件的錐面上有至少一條凸齒；驅動軸在軸向施力裝置的驅動下，將第二緊固件插入第二粘接件的內錐孔，凸齒嵌固在第二粘結件的孔壁內，與第二粘接件緊固連接，保持軸向壓力，拉伸カ傳感器記錄驅動軸施加在第二粘接件上的軸向カ； (4)測量將上述步驟2所測得的軸向カ和粘接面破壞時所測得的扭矩量採用如下公式可評價材料粘接面的粘接強度F F==M-Mf = M-P/ ( u XD/2sin a ) 式中 M-粘接面被破壞時的扭矩量 Mf-第二粘接件的摩擦カ矩 P-作用在第二粘接件上的軸向カ u-第二粘接件與第二緊固件的摩擦係數 D-第二粘接件內錐孔的平均摩擦直徑 a-第二粘接件內錐孔的半圓錐角。
4.一種粘接強度檢測儀，其特徵在於包括機架，第一緊固件、第二緊固件，旋轉裝置；所述第一緊固件通過旋轉裝置固連在機架的下部；所述第二緊固件通過連接杆固連在機架上，連接杆上固連有扭矩檢測裝置。
5.一種粘接強度檢測儀，其特徵在於包括機架，第一緊固件、第二緊固件，旋轉裝置、軸向施力裝置；所述第一緊固件通過旋轉裝置固連在機架的下部；所述軸向施力裝置固連在機架的上部，第二緊固件固連在軸向施力裝置的驅動軸的下端，驅動軸上固連有扭矩檢測裝置。
6.如權利要求5所述的粘接強度檢測儀，其特徵在於所述驅動軸上分別設置有扭矩傳感器和拉伸カ傳感器。
7.如權利要求4-6任一權利所述的粘接強度檢測儀，其特徵在於旋轉裝置包括電機，第一緊固件包括卡盤，卡盤下部的卡盤座與電機輸出轉軸固連。
8.如權利要求4所述的粘接強度檢測儀，其特徵在於第二緊固件為帶上下鉗ロ的可相互鎖緊的夾板。
9.如權利要求5所述的粘接強度檢測儀，其特徵在於第二緊固件為ー圓柱體，圓柱體的外周有至少一條軸向凸齒。
10.如權利要求6所述的粘接強度檢測儀，其特徵在於第二緊固件為ー圓錐體，圓錐面的外周有至少一條凸齒。
全文摘要
本發明公開了一種材料粘接強度的測量方法。將具有環形或錐形結構的第一粘接件，第二粘接件相互粘接；第一粘接件通過第一緊固件被固定在旋轉裝置上，第二粘接件被與機架固連的第二緊固件夾持或卡固,第二緊固件與機架連接的固定杆上還設置有扭矩檢測裝置；啟動旋轉裝置，在第一粘結件與第二粘結件之間的粘接面產生圓周切向的剪切應力；逐漸增加旋轉裝置的旋轉力，使第一粘接件和第二粘接件相互產生旋轉位移，粘接面被破壞；試樣粘接面破壞時所測得的扭矩量評價材料粘接面的粘接強度。當粘接件為圓錐表面時，還需要測得軸向力並計算後評價材料粘接面的粘接強度。本發明還涉及上述檢測方法的檢測裝置。
文檔編號G01N19/04GK103033471SQ20121058676
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者李勇剛 申請人:成都豪能科技股份有限公司