用在材料試驗機中的具有夾鉗外殼的樣品夾鉗組件的製作方法

2023-06-04 16:09:36

專利名稱：用在材料試驗機中的具有夾鉗外殼的樣品夾鉗組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於一種將試驗樣品牢固地保持在材料試驗機的鉗口組件中的樣品 夾鉗組件的裝置。本發明尤其適合用在各種不同的機械和熱機的材料試驗機中，包括提供 機械試驗樣品的壓縮和拉伸試驗的機械和熱機的材料試驗機。
背景技術：
在機械試驗的過程中，常規的材料試驗機通過包括樣品夾鉗、夾頭(collet)或固 定裝置的各種機械中的任意一種，將試驗樣品的端部保持在鉗口中適當的位置處。在這種機械中，通常在計算機控制下並且如由所謂的「試驗程序」所限定的，對共 同保持樣品兩端的兩個樣品夾鉗中的一個典型地施加已知且受控的壓縮和/或拉伸力，從 而使樣品在預定試驗條件下變形。每個夾鉗被牢固地保持在相應的鉗口組件中，一個上述 組件可以移動而另一個組件固定在適當的位置處。通常，試驗程序可以包括對活動鉗口並 且通過活動鉗口對樣品施加一連串這樣的力——拉伸和/或壓縮力，即，通常稱為「衝擊」， 以使樣品逐漸地變形。膨脹和/或其它物理測量典型地由在對樣品進行每次衝擊時或之 後所產生的形變量組成。在熱機材料試驗系統中，在所述每次衝擊之前、同時或之後並且 如在試驗程序中所限定的，樣品還可以諸如通過經由鉗口和樣品二者的電加熱電流的串 聯通路受控且自阻地加熱。這種系統通過現由紐約的特洛伊動態系統有限公司(Dynamic Systems, Inc. of Troy, New York)(本發明的受讓人)製造的GLEEBLE動態熱機材料試驗 系統(GLEEBLE是動態系統有限公司的註冊商標)得到示例。將實驗樣品保持在這種材料試驗機中的一種非常普遍的方法是通過使用共同環 繞樣品的每個端部並且牢固地安裝在適當成形的鉗口組件中的一對楔形樣品夾鉗。鉗口組 件具有兩個對置的傾斜面，其中，每個傾斜面與該對夾鉗中的相應一個夾鉗中的互補成形 面緊鄰並且可滑動地配合。樣品位於兩個夾鉗之間。之後，但在試驗程序開始之前，將兩個 樣品夾鉗抬高到這樣的位置使得它們的傾斜面逐漸地鄰接且可抵靠鉗口組件的兩面而滑 動，並且通過這些配合面的楔入作用，不僅迫使夾鉗進入到鉗口組件內高度固定且緊固的 位置，而且迫使樣品夾鉗朝向彼此，從而將樣品有效地鎖定在其位置處。外部產生的力典型地通過例如連接到活動鉗口上的伺服控制活塞的杆施加到所 述特定鉗口上，以產生所述每次「衝擊」。不利地，通過使用這種常規的基於楔形的樣品夾鉗和鉗口組件，在材料試驗系統 中產生了多個缺陷。首先，由於用於使樣品變形的力通過活動鉗口組件、樣品夾鉗和千斤頂機構施加 到樣品上，因此在試驗程序的過程中，樣品夾鉗必須能夠以最小的扭曲來承受遠遠超出施 加到試驗樣品上的應力的峰值應力，而且，在所述力循環施加的過程中反覆地進行。鉗口組 件的某些扭曲，即稱為「柔量(compliance)」總是會發生。發生的柔量通過鉗口組件所受的 力的量以及包括其幾何結構和材料的組件本身的設計來控制。不利地，鉗口組件的柔量不 利地將誤差引入試驗結果中，這是由於如下的簡單原因所述柔量使得由於每次衝擊原本會在樣品自身中發生的形變量減小。理想地，鉗口組件在滿負載的情況下不會具有任何柔 量，然而，這在實際的材料試驗機中通常是不可能的。減小柔量的常規方式是使用較大且重的鉗口。然而，重的鉗口不僅不利地影響力 的測量，而且由於與其它情況相比需要更大的力來使所述鉗口移動，因此還降低了例如用 於產生每次衝擊的力的活塞杆的加速度，從而降低了其衝程速度。因此，衝程速度的降低使 得樣品中可能產生的形變速率降低。這依次伴隨地使得例如在某些高速金屬生產操作諸如 高速軋機中發生的材料試驗系統精確模擬實際材料工作條件的能力減弱，因此，在實踐中， 降低了在所述模擬中使用所述系統的吸引力。為了使這些不利效果最小化，鉗口組件的重 量應當儘可能輕以便不與力測量和由活塞產生的加速度二者幹擾並且確保所產生的樣品 形變的速率。然而，這樣做不利地趨於增加柔量，從而妨礙了使用重量輕的鉗口。第二，常規鉗口典型地具有容納樣品夾鉗的凹口。當從外部對鉗口施加拉伸力時， 鉗口呈現柔量。具體地，作為拉伸力的結果，凹口尤其是在其上邊緣處將趨於舒展開並且略 微扭曲，從而減小了原本會使樣品夾鉗保持在一起的力。類似地，樣品夾鉗的縱向表面(原 本會緊固樣品的近端部)也將呈現柔量並且趨於分開。這導致了樣品無法對準以及樣品側 面負載的損失，這依次會對試驗結果的精度產生非常不利的影響。再者，為了適當地減小所 述柔量，鉗口組件可以由較大且重的材料製成。但是，如上文所提到的，增加鉗口組件的質 量不利地限制了衝程速度，因此有效地限制了精確模擬高速金屬生產操作的機械性能。因此，在現有技術中存在在材料試驗機的鉗口組件中優選地採用楔形樣品夾鉗的 樣品夾鉗組件的需求，該樣品夾鉗組件不僅在連續「衝擊」的過程中在施加拉伸和/或壓縮 力期間呈現了足夠小(如果有的話)的明顯柔量，而且還可以用於重量較輕的鉗口中。

發明內容
通過提供用於樣品夾鉗組件的如下裝置，本發明有利地克服了現有技術的上述缺 陷該裝置可與重量較輕的鉗口一起使用，並且其中，在包括「多次衝擊」的試驗程序中的連 續所述衝擊的外部施加的拉伸和/或壓縮衝擊期間，在其中使用的樣品夾鉗表現出最小的 (如果有的話)顯著的柔量。根據本發明的教導，樣品夾鉗組件包含夾鉗殼體和一對楔形樣品夾鉗。樣品夾鉗 封入在夾鉗外殼內的一凹口中，夾鉗外殼具有與每個樣品夾鉗互補的傾斜表面。因此，在 夾鉗與夾鉗外殼的對置面之間形成緊鄰的楔形界面。外殼具有截頭錐體的外形，沿其橫向 剖面圖示為直線形狀。外殼及其內部空間均具有梯形的縱向剖面。外殼具有均以相同角度 傾斜的兩個朝外的傾斜表面，該傾斜表面配合地緊鄰鉗口殼體的互補的傾斜內表面並且抵 靠該傾斜內表面滑動，在鉗口殼體與外殼之間有效地形成兩個楔形界面。每個樣品夾鉗在 相對於其傾斜表面的相反側還具有縱向表面，縱向表面具有沿縱向表面的中跨(mid-span) 定位並且延伸其高度的槽。夾鉗定位在外殼內，使得兩個樣品夾鉗的傾斜表面向外朝向外 殼的互補表面，夾鉗的縱向表面彼此相鄰並且它們的相應槽彼此相鄰且基本上彼此共軸。 樣品的端部位於由兩個槽限定的筒形空間內並且通常延伸超出所述筒形空間。然後，將包 含夾鉗的外殼插入鉗口殼體內。當包含樣品夾鉗和樣品的外殼被適當地置於鉗口殼體內 時，則將外殼和夾鉗適當地抬高，從而將外殼和夾鉗有效且緊固地鎖定在鉗口殼體內適當 的位置處。
7
外殼的插入即外殼位於樣品夾鉗的周圍並且位於鉗口殼體與夾鉗之間，基本上 (如果不完全的話)消除了在樣品夾鉗中發生的任何顯著的柔量，還允許結果得到的鉗口 組件重量較輕。這依次允許將用在試驗臺中的鉗口組件精確地模擬需要高衝程速度的某些 高速金屬形成操作，而這在假定不使用外殼則會導致樣品夾鉗中的柔量的情況下僅僅通過 使用常規的樣品夾鉗組件是不現實的。因此，使用本發明的樣品夾鉗組件可能會有利地擴 大將採用本發明的樣品夾鉗組件的材料試驗系統的效用。


參照以下結合附圖的詳細描述，本發明的教導可以被容易地理解，其中圖IA圖示了用於包含常規楔形樣品夾鉗和鉗口組件的機械試驗系統中的鉗口組 件5的側視圖；圖IB圖示了鉗口組件5沿圖IA所示的A-A線截取的剖視圖；圖2圖示了如用於常規材料試驗系統中的具有兩個對置的鉗口組件的試驗臺200 的簡化圖；圖3A圖示了處於靜態無負載狀態的具有常規楔形樣品夾鉗310和320的鉗口組 件300的簡化圖；圖3B圖示了圖3A所示的但是通過如在衝擊的過程中會發生的對鉗口施加拉伸力 而處於充分負載狀態的鉗口組件300，但是具有為了易於圖示和理解而略微誇大示出的結 果產生的柔量；圖4圖示了如用於本發明的第一實施例的整體夾鉗外殼400的頂部立體圖；圖5圖示了夾鉗外殼400沿圖4所示的5-5線截取的剖視圖；圖6圖示了本發明的樣品夾鉗組件的第二實施例即此處為組件600的頂部立體 圖；圖7圖示了圖6以及與後面的附圖相同的立體圖所示的本發明的樣品夾鉗組件 600的分解圖，並且圖示了構成本發明的夾鉗組件600的各種部件；以及圖8圖示了本發明的樣品夾鉗600的沿圖6所示的8-8線截取的剖視圖。為了便於理解，在適當的位置處使用了相同的附圖標記，以指代兩個以上附圖共 用的相同或非常相似的元件。
具體實施例方式圖IA和圖IB分別圖示了用於機械試驗系統中的常規鉗口組件5的側視圖和該組 件沿圖IA所示的A-A線截取的剖視圖。通常，如這兩個附圖所示，緊固地保持機械試驗樣品18的楔形樣品夾鉗16本身位 於鉗口殼體8的兩個楔形表面19內。每個夾鉗具有傾斜表面17，傾斜表面17與楔形表面 19中的相應一個表面互補，與其緊鄰地配合併且抵靠其滑動。在試驗程序期間，為了在每 次隨後的機械衝擊的整個過程中將兩個夾鉗穩固地保持在適當的位置處，位於殼體8的內 部上表面與樣品夾鉗16的上表面15之間的千斤頂機構10機械地擴大，以在表面13和15 之間施加連續力，從而驅動夾鉗16向下並且通過使互補的楔形表面17和19之間的摩擦增 大，將兩個夾鉗剛性地鎖定到鉗口殼體中適當的位置處。
常規的千斤頂組件10適當地依靠使螺釘在螺母內膨脹(螺釘和螺母共同通過附 圖標記12示出)，然後通過調節位於螺母中的固定螺釘88(等)而將螺釘機械地鎖定在適 當的位置處。螺釘頭推壓墊塊(spacer block) 11。典型地通過伺服控制液壓活塞杆(未示 出但公知)，施加到鉗口殼體8的頂表面上用於每次衝擊的外力由鎖緊螺母14通過千斤頂 組件10傳遞到夾鉗16並最終傳遞到樣品的端部。典型地，常規材料試驗系統採用如圖2中的簡化形式所示的試驗臺200。這種試驗 臺具有由圖IA和圖IB所圖示的鉗口組件簡化示出的兩個對置的鉗口組件210和220。如 圖2所示，一個鉗口組件例如組件220經由軸225安裝在試驗架230的實體端而另一個鉗 口組件例如組件210經由軸215安裝在試驗機驅動設備(未示出但公知)上，該試驗機驅 動設備可以是伺服控制液壓活塞、電螺釘驅動器或其它類似的致動器，用於通過後面的鉗 口組件向樣品本身施加受控的拉伸或壓縮力作為衝擊以使樣品變形。儘管圖2中未具體示 出，但是每個鉗口組件包含分別如圖IA和圖IB所示的一對楔形樣品夾鉗，以便形成對置的 樣品夾鉗組。每組樣品夾鉗保持樣品18的一端(圖2中也未具體示出)，結果，樣品在鉗口 組件210和220之間延伸。作為例如通過鉗口組件210施加到樣品上的外部拉伸力的結果，鉗口組件及其樣 品夾鉗將在某種程度上不利地變形。由於鉗口組件與試驗樣品相比堅固得多，因此扭曲或 通常稱為「柔量」的量典型地相當小，但是鉗口組件的量由該組件的幾何形狀和製造其的材 料控制。尤其是樣品夾鉗的柔量，不僅導致了樣品的某些無法對準，而且還趨於將人為結果 帶入試驗結果即測量到的形變中，而這依次可能略微但不利地影響了這些試驗結果。為了獲得對所述柔量及其不利效果的更好了解，參照圖3A和圖3B。圖3A圖示了處於靜態無負載狀態即在當時外部拉伸力未施加到鉗口組件300上 的情況下的鉗口組件300的簡化圖。如圖所示的組件具有對置的平行橫向側303和307以 及對置的縱向側301和305，縱向側305具有縱向側部3054和305B。常規楔形樣品夾鉗310 和320位於凹口 340內，凹口 340形成在鉗口殼體350中位於所述側部之間且在所述側部 的後方。當樣品夾鉗被抬高到適當的位置時，沿箭頭330所示的方向的力迫使樣品夾鉗310 和320的傾斜面抵靠鉗口殼體的互補傾斜面，以將兩個樣品夾鉗牢固且剛性地鎖定在殼體 中適當的位置處。在無負載的狀況下，與縱向側301和305相同，橫向側303和307保持彼 此平行。側部305a和305b保持共面。然而，當作為衝擊的結果從側面301向鉗口組件300施加足夠的拉伸力時，—— 如同假如該鉗口組件為圖2所示的試驗臺200中的活動鉗口組件則情況那樣，則如圖3B所 示，鉗口組件300將扭曲。圖3B以誇大的方式示出了隨後的扭曲(柔量)。如圖所示，側 面303和307將向內凸出，從而呈現略微凸起或類似的形狀，而側部305a和305B將向外凸 出並且導致在樣品夾鉗310和320之間出現間隙325，因此在試驗樣品所處的位置上導致了 夾鉗自身的柔量。結果，樣品未能被剛性地緊固而在樣品夾鉗之間不運動，而是會經歷某種 程度的運動，因此變得略微不對準——這均取決於柔量的量。與本領域中的常規教導一致，可以通過由大而重的材料形成鉗口殼體350來減小 所述柔量。然而，這樣做將減小能夠由鉗口組件300的致動器施加到鉗口組件300上的衝 程速度，從而限制能夠施加到試驗樣品上的形變速率。這依次會不利地限制將採用所述鉗 口的整個材料試驗系統的高速性能。
有利地，本發明的樣品夾鉗組件克服了現有技術的上述缺陷。根據本發明，樣品夾鉗組件包含夾鉗外殼和一對楔形樣品夾鉗。樣品夾鉗封入在 夾鉗外殼內的凹口中，夾鉗外殼具有與每個樣品夾鉗互補的傾斜表面。因此，在夾鉗與夾鉗 外殼的對置面之間形成緊鄰的楔形界面。外殼具有截頭錐體的外形，沿其橫向剖面圖示為 直線形狀。外殼及其內部空間均具有梯形的縱向剖面。外殼具有均以相同角度傾斜的兩個 朝向外的傾斜表面，該傾斜表面配合地緊鄰鉗口殼體的互補的傾斜內表面並且抵靠該傾斜 內表面滑動，在鉗口殼體與外殼之間有效地形成兩個楔形界面。每個樣品夾鉗在相對於其 傾斜表面的相反側還具有縱向表面，縱向表面具有沿縱向表面的中跨定位並且延伸其高度 的槽。夾鉗定位在外殼內，使得兩個樣品夾鉗的傾斜表面向外朝向外殼的互補表面，夾鉗的 縱向表面彼此相鄰並且相應的槽彼此相鄰且基本上彼此共軸。樣品的端部位於由兩個槽限 定的筒形空間內並且通常延伸超出所述筒形空間。然後，將包含夾鉗的外殼插入鉗口殼體 內。當包含樣品夾鉗和樣品的外殼被適當地置於鉗口殼體內時，則將外殼和夾鉗適當地抬 高，從而將外殼和夾鉗有效且牢固地鎖定在鉗口殼體內適當的位置處。外殼的插入即外殼位於樣品夾鉗的周圍並且位於鉗口殼體與夾鉗之間，基本上 (如果不完全的話)消除了在樣品夾鉗中發生的任何顯著的柔量，還允許結果得到的鉗口 組件重量較輕。這依次允許將用在試驗臺中的鉗口組件精確地模擬需要高衝程速度的某些 高速金屬形成操作，而這在假定不使用外殼則會導致樣品夾鉗中的柔量的情況下通過使用 常規的樣品夾鉗組件是不現實的。因此，使用本發明的樣品夾鉗組件可能會有利地擴大將 採用本發明的樣品夾鉗組件的材料試驗系統的效用。基於以上情況，圖4圖示了如用於本發明的第一實施例的整體夾鉗外殼400的頂 部立體圖，而圖5圖示了夾鉗外殼400沿圖4所示的5-5線截取的剖視圖。為了增強理解， 在以下對夾鉗外殼400的整個討論中，讀者應當同時參照這兩個附圖。取決於試驗臺和在每次「衝擊」期間可能發生的峰值力的物理需求，夾鉗外殼 400是典型地由鋼、不鏽鋼或其它足夠堅固的材料形成的整體材料件。為了與本受讓人的 GLEEBLE動態熱機材料試驗系統結合使用，夾鉗外殼400優選為由PH為17_4的不鏽鋼形 成。該材料(為馬氏體沉澱硬化的不鏽材料)提供了強度、韌性和抗腐蝕性的良好結合。如圖所示，夾鉗外殼400具有截頭錐體的外形，其具有梯形的縱向剖面並且沿其 橫向剖面為直線形狀，直線形狀由頂表面440的形狀代表。外殼具有兩個向外傾斜的表面 403和405以及兩個縱向表面407和409，表面403相對於橫軸以預定外角Φ傾斜，而表面 405以其補角傾斜。凹口 420由對置的內表面413和417以及415和419形成。內表面與 外表面的結合限定了整體430。表面415和419縱向定向，而在表面413和417中，表面413 以預定內角θ傾斜並且表面417以其補角傾斜。角度Φ和θ不必相等(但是它們可以 相等)，而是被設定為分別等於鉗口殼體的鄰接表面(如圖1中所示的表面19)的傾斜角度 和將插入凹口 420內的兩個樣品夾鉗的角度。由於這些傾斜表面，將形成四個單獨配合的 楔形界面位於鉗口殼體與外殼之間的兩個對置的楔形界面，以及位於外殼與兩個樣品夾 鉗中的每一個之間的單獨的楔形界面。這種整體外殼將典型地用在不採用自阻樣品加熱的 機械試驗系統上。可選擇地，圖6圖示了本發明的樣品夾鉗組件的第二實施例，此處為組件600，其 尤其適用於採用自阻樣品加熱(即，加熱電流連續流過樣品本身)的熱機材料試驗系統諸如GLEEBLE系統中。圖7圖示了圖6以及與後面的附圖相同的立體圖所示的本發明的樣品 夾鉗組件600的分解圖，並且圖示了構成本發明的夾鉗組件600的各種部件；圖8圖示了本 發明的樣品夾鉗600沿圖6所示的8-8線截取的剖視圖。為了增強理解，在隨後的討論中， 讀者應當同時參照這三個附圖。夾鉗組件600包含夾鉗外殼610、內插件635A和635B，以及外插件633A和633B。 類似於夾鉗外殼400，夾鉗外殼610同樣優選為由PH為17-4的不鏽鋼形成。利用該材料， 這些插件的包含共同提供了與原本會發生的相比增加的導熱性和導電性，因此提供了增加 的樣品加熱速度和冷卻速度。雖然銅或銅合金具有足夠高的導熱性和導電性，但是二者均 沒有足夠的物理強度以用作整體夾鉗外殼。因此，夾鉗外殼610由鋼製成但是採用由諸如 ⑶110的銅或諸如CMW3的銅合金製成的全部四個插件。CMW3是優選的，因為其提供了優於 純銅的耐磨性。夾鉗組件600具有形成在外殼610中的適當切口以適當地容納全部四個插 件。插件635A、635B中的每一個本身優選為整體構造。由於這些插件均是相同的，因此 僅將焦點集中在插件635a上。該特定插件包含板狀部641和從板狀部641的後表面突伸 出的橢圓柱形部642。部641具有外表面643，外表面643安裝在夾鉗外殼610內時以與樣 品夾鉗的傾斜配合外表面、此處具體為夾鉗620A的表面650A的角度θ (如圖4所示)互補 的角度傾斜，從而可以在其間建立緊密的基於楔形的緊鄰機械連接。板狀部640還具有內 表面644，內表面644在該插件安裝在夾鉗外殼610內時同樣以與夾鉗外殼的傾斜內表面的 角度θ互補的角度傾斜，從而可以在外殼與該插件之間建立類似緊密的基於楔形的緊鄰 機械連接。在操作之前，外殼圖示為通過首先使樣品的端部適當地位於由單獨的夾鉗62(^和 620βΒ成的對置的樣品夾鉗620之間並且位於形成在其間的筒形空間625中來裝配。然後， 使插件635Α* 635Β位於夾鉗外殼610內，它們的柱形端部延伸穿過相應的切口。其後，使 樣品夾鉗620位於插件635α和635Β之間，使得樣品夾鉗620的向外定位的傾斜表面650Α和 650β沿著這兩個插件滑動並且與這兩個插件緊鄰地配合。之後，通過穿過孔637α和637β插 入的適當的螺釘，使插件633α和633β緊固到插件635α和635Β上。插件633Α和633Β中的每 一個具體提供了適當的機械接觸表面，以與鉗口殼體的相應的傾斜表面配合。插件6334和 635Α在安裝時形成插件對630。接下來，將外殼適當地置入鉗口組件中，然後抬高到緊固的 固定位置處。鉗口外殼的傾斜表面與裝配好的夾鉗外殼的傾斜表面接觸，並且提供了導熱性和 導電性以及機械支撐。有利地，與如果外殼將由鋼單獨形成則會發生的情況(圖4所示的 具有外殼400的情況)相比，夾鉗外殼610中的四個插件提供了從鉗口組件到樣品夾鉗620 的阻抗較低的電通道和熱通道。對於一個電流方向，電流通道從鉗口殼體通過插件進入樣 品夾鉗620中(對於反向電流，發生相反的情況)。四個插件還用於通過從這些夾鉗中吸取 熱量然後將所吸取的熱量傳遞到鉗口殼體(典型地被水冷卻)來適當且有效地冷卻樣品夾 鉗 620。而且，當使用夾鉗外殼時，產生的鉗口組件可以由與現有技術中先前實踐的相比 較輕且強度較低的材料製成，從而獲得與在較大且較重的鉗口中會導致的柔量級別類似的 級別。這樣做有利地降低了鉗口組件的成本。
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儘管空間625圖示為具有圓形剖面的筒形，因此在樣品夾鉗62(^和620B的具有半 圓形剖面的相鄰縱向表面中形成了每個槽，這些槽中的每一個可以選擇性地具有正方形、 長方形、三角形或其它合適形狀的剖面形狀，使得空間625將適當地容納相應的互補成形 的樣品端部，並且當樣品夾鉗被適當地抬高時，空間625將緊鄰地環繞和緊緊地緊固該相 應的互補成形的樣品端部。另外，雖然夾鉗外殼400的對置的傾斜內表面413和417 (參見圖4和圖5)與夾 鉗外殼610的相應的傾斜表面可以以相同角度傾斜，但這不是必須的。而且，樣品夾鉗620a和620b的表面650A和650B中的每一個分別傾斜的角度不必 與夾鉗外殼610的對置的傾斜內表面中的相應一個嚴格互補。因為板狀插件635a* 635b 中的一個位於各個樣品夾鉗與夾鉗外殼610之間，則後兩者之間的小的角度差可以通過適 當設計板狀內插件的表面諸如插件635a的表面633和644的傾斜來相應地調節。這樣做 仍然將在每個樣品夾鉗與其相鄰的插件之間以及每個所述插件與夾鉗外殼之間產生緊鄰 的楔狀界面，這應當仍然足以通過抬高而將整個樣品夾鉗組件地鎖定在鉗口殼體內的適當 位置處。雖然諸如插件對630的每個插件對示出為由單獨的內插件和外插件(相應地，插 件對630的內插件6354和外插件633a)形成，但是替代地，插件對可以適當地重新形成並且 形成為單獨的整體插件，在這種情況下，當所述插件安裝在夾鉗外殼610內時，柱形部642 將與夾鉗外殼610的傾斜外表面中的一個齊平，從而為鉗口殼體提供接觸表面並且消除使 用外插件6334的需求。 此外，儘管夾鉗外殼400和610中的每一個已經被示出並且描述為具有直線成形 的橫向剖面，但是所述剖面形狀可以替代為如由鉗口殼體和樣品夾鉗的幾何結構以及其它 相關特性所要求的正方形、長方形、圓形或其它適當的形狀，只要在夾鉗外殼與每個樣品夾 鉗之間形成適當的楔形界面即可，並且如果使用了上述插件，則也可以在前者中的每一個 與每個內插件的相應表面之間形成適當的楔形界面。最後，如圖所示及所描述的，夾鉗外殼400和610分別優選地形成為整體材料件， 但是外殼610具有容納內插件和外插件二者的適當的切口。可選擇地，這些夾鉗外殼中的 每一個可以由以常規方式適當地固定在一起的單獨的分離部件製成。產生的夾鉗外殼必須 仍然能夠適當地經受在每次衝擊的過程中期望發生的足夠高的拉伸或壓縮力，而不在其本 身中表現出顯著的柔量或者允許在樣品夾鉗中發生顯著的柔量。儘管本文已經示出了分別包括本發明的教導的各種優選實施例並對這些優選實 施例進行了詳細描述，但是本領域技術人員應當容易地想像到仍然包括這些教導的許多其 它的實施例。
權利要求
一種用在材料試驗機中的樣品夾鉗組件(600)，包括第一和第二樣品夾鉗(620A，620B)，其用於將試驗樣品(18)的端部牢固地保持在其間，所述第一和第二樣品夾鉗分別具有第一和第二向外定位的表面(650A、650B)，第一和第二表面中的每一個以第一預定角度傾斜；以及夾鉗外殼(400；610)，其具有第一和第二傾斜內表面(413，417)，所述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜內表面中的每一個以一預定角度傾斜，所述預定角度與使所述樣品夾鉗的所述第一和第二表面分別傾斜的所述第一預定角度互補，所述夾鉗外殼環繞所述樣品夾鉗定位，使得所述樣品夾鉗的所述第一和第二表面分別與所述夾鉗外殼的第一和第二傾斜表面緊鄰地配合併且抵靠所述第一和第二傾斜表面滑動，以便在每個樣品夾鉗與所述夾鉗外殼之間限定楔狀界面；其中，當所述樣品夾鉗組件固定地緊固在所述試驗機的鉗口(8)內時，通過所述鉗口和所述夾鉗組件施加的並且足以使所述試驗樣品變形的後續拉伸或壓縮力不會在所述第一和第二樣品夾鉗中產生任何可感知且顯著的柔量。
2.根據權利要求1所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼是整體材料件。
3.根據權利要求2所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼具有截頭錐體的外形，其 縱向剖面形狀是梯形。
4.根據權利要求3所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼具有直線的橫向剖面形狀。
5.根據權利要求3所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼進一步包括位於所述夾鉗外殼的相反端部處的第一和第二傾斜外表面(403，405)，每個傾斜表面 以預定第二角度傾斜，以便與所述鉗口殼體(8)的互補成形表面(19)緊鄰地配合併且抵靠 所述互補成形表面滑動，從而在所述鉗口殼體與所述夾鉗外殼的每個端部之間形成單獨的 楔形界面。
6.一種用於用在材料試驗機中的鉗口組件的裝置，包括鉗口殼體⑶；樣品夾鉗組件(600)，其位於所述鉗口殼體內並且具有第一和第二樣品夾鉗(620A，620B)，其用於將試驗樣品(18)的端部牢固地保持在其間， 所述第一和第二樣品夾鉗分別具有第一和第二向外定位的表面(650A、650B)，第一和第二表 面中的每一個以第一預定角度傾斜；以及夾鉗外殼(400 ；610)，其具有第一和第二傾斜內表面(413，417)，所述夾鉗外殼的所述 第一和第二傾斜內表面中的每一個以一預定角度傾斜，所述預定角度與所述樣品夾鉗的所 述第一和第二表面分別傾斜的所述第一預定角度互補，所述夾鉗外殼環繞所述樣品夾鉗定 位，使得所述樣品夾鉗的所述第一和第二表面分別與所述夾鉗外殼的第一和第二傾斜表面 緊鄰地配合併且抵靠所述第一和第二傾斜表面滑動，以便在每個樣品夾鉗與所述夾鉗外殼 之間限定楔狀界面；千斤頂機構(10)，其位於所述鉗口殼體中的凹口內，用於在所述鉗口殼體的內表面 (13)與所述樣品夾鉗組件的表面之間施加機械力，以便將所述樣品夾鉗組件固定地緊固到 所述鉗口殼體內的適當位置處；其中，當所述千斤頂機構設定為在所述鉗口殼體與所述樣品夾鉗組件之間施加力時，通過所述鉗口殼體和所述夾鉗組件施加的並且足以使所述試驗樣品變形的後續拉伸或壓 縮力不會在所述第一和第二樣品夾鉗中產生任何可感知且顯著的柔量。
7.根據權利要求6所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼是整體材料件。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼具有截頭錐體的外形，其縱向剖面 形狀是梯形。
9.根據權利要求8所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼具有直線的橫向剖面形狀。
10.根據權利要求8所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼進一步包括位於所述夾鉗外殼的相反端部處的第一和第二傾斜外表面(403，405)；並且所述鉗口殼體具有分別以與所述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜外表面互補的角度 傾斜的第一和第二內表面(19)；所述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜外表面與所述鉗口殼體的所述第一和第二傾斜 內表面緊鄰地配合併且抵靠所述第一和第二傾斜內表面滑動，從而在所述鉗口殼體與所述 夾鉗外殼的每個端部之間形成單獨的楔形界面。
11.一種用在材料試驗機中的樣品夾鉗組件(600)，包括第一和第二樣品夾鉗(620A，620B)，其用於將試驗樣品(18)的端部牢固地保持在其間， 所述第一和第二夾鉗分別具有第一和第二向外定位的表面(650A、650B)，第一和第二表面中 的每一個以第一預定角度傾斜；夾鉗外殼(610)，其具有第一和第二傾斜內表面(413，417)並且環繞所述樣品夾鉗定 位；以及第一和第二插件(630)，其定位在所述夾鉗外殼內，與所述夾鉗外殼本身相比，兩個插 件的導熱性和導電性更高，其中，每個插件均具有以與所述第一預定角度互補的角度傾斜 的外表面，並且兩個插件分別部分地位於所述第一和第二樣品夾鉗的所述第一和第二傾斜 外表面與所述夾鉗外殼的所述第一和第二內表面之間，以便分別與所述第一和第二樣品夾 鉗緊鄰地接合，並且在每個樣品夾鉗與所述第一和第二插件之間限定單獨的楔狀界面，從 而分別為所述夾鉗外殼提供相應的接觸外表面；並且其中，當所述樣品夾鉗組件固定地緊固在所述試驗機的鉗口(8)內時，通過所述鉗口 和所述夾鉗組件施加的並且足以使所述試驗樣品變形的後續拉伸或壓縮力不會在所述第 一和第二樣品夾鉗中產生任何可感知且顯著的柔量。
12.根據權利要求11所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼是整體材料件。
13.根據權利要求12所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼具有截頭錐體的外形， 其縱向剖面形狀是梯形。
14.根據權利要求13所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼具有直線的橫向剖面 形狀。
15.根據權利要求13所述的樣品夾鉗組件，其中，所述夾鉗外殼進一步包括位於所述夾鉗外殼的相反端部處的第一和第二傾斜外表面(403，405)，並且所述鉗口殼體具有分別以與所述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜外表面互補的角度 傾斜的第一和第二內表面(19)；所述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜外表面與所述鉗口殼體的所述第一和第二傾斜 內表面緊鄰地配合併且抵靠所述第一和第二傾斜內表面滑動，從而在所述鉗口殼體與所述夾鉗外殼的每個端部之間形成單獨的楔形界面。
16.根據權利要求13所述的樣品夾鉗組件，其中，所述第一和第二插件分別包括第一 和第二內插件(635a，635b)以及第一和第二外插件(633A，633B)，其中所述第一和第二內插件分別在所述第一和第二樣品夾鉗的所述第一和第二表面與所 述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜表面之間延伸，並且分別與所述第一和第二樣品夾鉗緊 鄰地接合，以便在一個樣品夾鉗與相應的一個內插件之間形成楔狀界面；並且所述第一和第二外插件在所述第一和第二內插件與所述夾鉗外殼的所述第一和第二 外表面之間延伸以便分別與所述第一和第二內插件緊鄰地接合，並且所述外插件中的每一 個為所述夾鉗外殼提供了相應的接觸外表面。
17.一種用於用在材料試驗機中的鉗口組件的裝置，包括 鉗口殼體(18)；樣品夾鉗組件(600)，其位於所述鉗口殼體內並且具有第一和第二樣品夾鉗(620A，620B)，其用於將試驗樣品(18)的端部牢固地保持在其間， 所述第一和第二夾鉗分別具有第一和第二向外定位的表面(650A、650B)，第一和第二表面中 的每一個以第一預定角度傾斜；夾鉗外殼(610)，其具有第一和第二傾斜內表面(413，417)並且環繞所述樣品夾鉗定 位；以及第一和第二插件(630)，其定位在所述夾鉗外殼內，與所述夾鉗外殼本身相比，兩個插 件的導熱性和導電性更高，其中，每個插件均具有以與所述第一預定角度互補的角度傾斜 的外表面(643)，並且兩個插件分別部分地位於所述第一和第二樣品夾鉗的所述第一和第 二傾斜外表面與所述夾鉗外殼的所述第一和第二內表面之間，以便分別與所述第一和第二 樣品夾鉗緊鄰地接合，並且在每個樣品夾鉗與所述第一和第二插件之間限定單獨的楔狀界 面，從而分別為所述夾鉗外殼提供相應的接觸外表面；以及千斤頂機構，其位於所述鉗口殼體中的凹口內，用於在所述鉗口殼體的內表面(13)與 所述樣品夾鉗組件的表面之間施加機械力，以便將所述樣品夾鉗組件固定地緊固到所述鉗 口殼體內的適當位置處；其中，當所述千斤頂機構設定為在所述鉗口殼體與所述樣品夾鉗組件之間施加力時， 通過所述鉗口殼體和所述夾鉗組件施加的並且足以使所述試驗樣品變形的後續拉伸或壓 縮力不會在所述第一和第二樣品夾鉗中產生任何可感知且顯著的柔量。
18.根據權利要求17所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼是整體材料件。
19.根據權利要求18所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼具有截頭錐體的外形，其縱向剖 面形狀是梯形。
20.根據權利要求19所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼具有直線的橫向剖面形狀。
21.根據權利要求19所述的裝置，其中，所述夾鉗外殼進一步包括位於所述夾鉗外殼的相反端部處的第一和第二傾斜外表面(403，405)；並且 所述鉗口殼體具有分別以與所述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜外表面互補的角度 傾斜的第一和第二內表面(19)；所述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜外表面與所述鉗口殼體的所述第一和第二傾斜 內表面緊鄰地配合併且抵靠所述第一和第二傾斜內表面滑動，從而在所述鉗口殼體與所述夾鉗外殼的每個端部之間形成單獨的楔形界面。
22.根據權利要求19所述的裝置，其中，所述第一和第二插件分別包括第一和第二內 插件(635a，635b)以及第一和第二外插件(633A，633B)，其中所述第一和第二內插件分別在所述第一和第二樣品夾鉗的所述第一和第二表面與所 述夾鉗外殼的所述第一和第二傾斜表面之間延伸，並且分別與所述第一和第二樣品夾鉗緊 鄰地接合，以便在一個樣品夾鉗與相應的一個內插件之間形成楔狀界面；並且所述第一和第二外插件在所述第一和第二內插件與所述夾鉗外殼的所述第一和第二 外表面之間延伸以便分別與所述第一和第二內插件緊鄰地接合，並且所述外插件中的每一 個為所述夾鉗外殼提供了相應的接觸外表面。
全文摘要
一種可在材料試驗系統中與重量較輕的鉗口(8)一起使用的樣品夾鉗組件(600)。所述樣品夾鉗組件圖示為包含夾鉗外殼(400；610)以及一對楔形樣品夾鉗(620A，620B)。所述外殼具有截頭錐體的外形以及兩個朝向外的均以一定角度傾斜的傾斜表面(403，405)，所述傾斜表面配合地緊鄰鉗口的互補的傾斜內表面(19)並且抵靠所述傾斜內表面滑動。所述夾鉗定位在外殼內的凹口中，使得夾鉗的傾斜表面(413，417)緊鄰外殼的互補內表面。包含夾鉗和樣品的外殼適當地定位在鉗口內，外殼和夾鉗則被抬高到固定位置處。所述外殼充分消除了在試驗程序的過程中原本會由施加到鉗口和樣品夾鉗組件上的拉伸和/或壓縮力引起的來自樣品夾鉗的任何顯著的柔量。
文檔編號G01N3/04GK101952705SQ200880118649
公開日2011年1月19日 申請日期2008年11月26日 優先權日2007年11月30日
發明者諾曼·A·林德曼 申請人:動態系統公司