[实用新型]压一剪炮样品高精度定位把架和回收装置

说明书

本实用新型涉及材料动态实验压-剪炮设备中的样品高精度定位把架和回收装置。

压-剪炮是高速冲击载荷条件下进行材料动态性能试验的设备，高精度样品定位把架和回收装置是其关键部件。冲击实验时弹托上粘结的飞片从炮膛高速射出撞击样品，实现正冲击和斜冲击两种动载条件下样品材料性能的实验研究。冲击速度范围约为100米/秒～500米/秒。这里，飞片和弹托的组合称为“炮弹”，安装样品并调节其位置的机构称为样品定位把架。

通常使用压-剪炮装置进行材料动态实验时，样品与飞片冲击面间的平行度是在设备安装、调试的同时进行校准的。在后续实验中以初次调试和校准结果作为样品和飞片撞击平行度的参考标准。图1是其示意简图。图中(1)和(2)分别是飞片与样品碰撞前后的示意图。平面P-P是炮口上安装样品环3的基准面(图1(1))。样品2用环氧树脂1固定在样品环3上，并保持样品的撞击面Q-Q与样品环基面R-R共面。“炮弹”制做应确保飞片4的撞击面S-S与炮口上安装样品环的基准面P-P共面。这种简易样品把架操作简单，成本低，但存在一些问题。首先在样品环3上固定样品2时，由于环氧树脂在凝固过程中发生变形和操作过程产生的误差，很难保证样品撞击面Q-Q与样品环基面R-R共面。尽管在固定样品后可以通过整体研磨等工艺消除两面的共面偏差，使Q-Q与R-R两平面尽可能满足共面要求，但是由于样品环3上固接样品的环氧树脂1在研磨过程中很容易发生变形。因此，要满足Q-Q与R-R两平面高精度共面的要求是困难的。在“炮弹”制作过程中也存在同样的问题。实际上，用飞片4与弹托5粘结制作“炮弹”时，飞片与样品撞击面间也存在接触误差，要保持飞片撞击面S-S与“炮弹”轴线Z-Z高精度正交也是困难的。这些误差的累积对高速冲击实验产生的影响是十分突出的。测试结果表明撞击平面度误差一般约为0.1毫弧度量级。

美国Brown大学材料冲击实验室研制的配有激光干涉仪测试系统的样品高精度定位和回收装置是现有技术压-剪炮装置的代表。如图2所示，样品60用支杆63装在钢砧65左端腔体中，钢砧上有调节螺栓64顶在支杆63的另一端，以便调节样品60的位置，样品60的背面附有动量吸收板62。钢砧65的左端口是“铜鼻子”68。与“铜鼻子”68相对的是发射管81(即炮膛)，其中有钢板弹托82、泡沫塑料83和飞片84组成的炮弹，泡沫塑料83粘在弹托82上，飞片84粘在泡沫塑料83上。样品60与飞片84的平行度和定位校准采用多点激光干涉仪测试系统。图中表示了该测试系统中的反射镜66和透射镜67。这套装置的主要特点是具有较高的样品定位精度，撞击平面度比上述技术提高了一个量级，达到0.02～0.05毫弧度。但面临的问题是：由于激光干涉仪测试系统的应用，对样品和飞片相应的制作精度要求也很高。飞片和样品的撞击面以及动量吸收板的尾面的光洁度都要求达到镜面。样品撞击面和动量吸收板的尾面两者间要求保持高度平行。这些苛刻的制作工艺条件大大提高了实验元件的制作费用。另外，购置或研制激光干涉仪测试系统需要较高经费，约为十多万美元。还有，实验中用的许多元件，如光学镜片和样品架等在冲击实验中都被破坏，只能一次性使用。这又大大提高了每次实验的成本(约0.5～0.8万元人民币)。按照我国现有的科研经费资助强度，很难开展此类实验研究。此外，图2所示实验装置的另一个明显缺点是无法实现斜冲击实验和样品的回收。

本实用新型的目的是提供一种压-剪炮样品高精度定位把架和回收装置。该装置采用高精度光学精密仪器中的光具螺栓，不仅结构简单、制造方便、费用少，而且操作便捷、实验成本低廉；完善的回收机构可以完整地回收样品。