一种高效模型试验标准试件加工模具及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种高效模型试验标准试件加工模具及其使用方法，它是由承压筑模结构、约束固模结构及分力压模结构组成；其中承压筑模结构由模具、活动式卡板、底座及提拉盘组成，活动式卡板的大、小卡板分别嵌入模具与底座内的大、小扇形凹槽契合连接，提拉盘的挂钩可扣住大卡板上端面的鼻环；约束固模结构由槽缸及螺栓组成，模具套入槽缸凹槽内，通过拧动螺栓固定模具；分力压模结构由承力梁、万向球支座凹槽、万向球及压垫柱组成，承力梁及压垫柱通过万向球支座凹槽内铰接的万向球连接；本发明专利技术采用非一体式模具，有效减小试件与模具的粘力，方便移取，并可一次性同时压制四个试件，大大提高试件制作效率，且拆模方便。

【技术实现步骤摘要】
一种高效模型试验标准试件加工模具及其使用方法
本专利技术涉及一种用于制作相似模拟试验试件的加工模具，尤其涉及一种高效模型试验标准试件加工模具。
技术介绍
目前，岩石力学的工程领域迅速发展，大型地下结构、露天采矿、以及困难条件下的巷道开拓面临的施工条件日趋复杂多变，对工程安全性提出了更大的挑战，为了掌握工程岩体的变形特征，有必要对岩石的稳定性、强度等力学特征以及变形等力学行为进行模拟研究。相似模拟试验是一种以相似原理为依据的实验室研究方法，具有低成本、周期短、高仿真等优点，广泛应用于采矿、地质以及岩土工程等领域，已成为一种研究地下工程问题的有力的科学研究手段。模型试验以相似材料为基础，相似材料力学性能必须能够真实反映试验原型的应力变形特点，必须符合模型试验相似定律，这样模拟出的数据才能真实有效，因此模型试验相似材料的选取决定试验的成败。然而，自然界难有一种材料的力学性能符合经相似比换算后的理想模型试验材料，而是需经过多种材料调配混合，得到符合模型试验相似比的材料。一种混合相似材料的研制，要经成百上千组配比实验，并将每一组配比制成标准力学试件，研究材料配比变化对混合相似材料的力学性能影响规律，进而研制和选择出具有相应力学性能的混合相似材料。材料配比实验周期长、任务重，标准试件的制作是材料配比实验过程中较为关键的一步，制作试件的精度和效率，大大影响了整个试验的进程，根据试验要求，同一批次试件必须压制均匀，并保证试件尺寸精度，现有试件的加工制作模具在实际使用过程中具有效率低下，拆卸繁琐，试件制作精度不足的缺点，因此，研究出一种高效模型试验标准试件加工模具及其使用方法是十分必要的。在本专利技术之前，申请号为2015104914957的专利技术公开了一种相似模拟材料成型模具总成及其标准试件的快速成型方法，其中，模具总成包括底座、大卡套、内模及小卡套四部分，以及一中心部位带圆柱形凸起的圆形承压盖板，内模底部与底板成过盈配合插接，大小卡套为活套式结构，直接套装在由完全相同的左、右两部分组成的内模外壁上，该装置通过圆形承压盖板将压力机的压力有效传递至内模空腔内的相似材料上压制试件。拆模时，使用手锤敲击底座外边缘的四周至底座与内模分离，取出已成型的试件，但其内模为两部分分体组合式结构，与试件接触面积大，若试件所用粘结剂强度较大，易使试件和模具粘连，拆模困难；由于相似材料试件的强度较低，在拆内模敲击震动容易造成试件损坏，且拆模时需两人配合，一人难以完成拆模的工作。申请号为201711210306X的专利技术公开了一种自卸式相似模拟试验试件加工模具及其操作方法，包括基座、缸体、约束套管、顶部垫片、底部垫片以及承压钢柱，该装置通过旋动约束套管上的旋转把手，使约束套管向上移动，逐渐解除其对缸体的约束，同时，置于缸体内部的垫片中的弹瓣在弹簧的推力下弹开，推动缸体向左右自动分开。若相似材料使用粘结剂的粘结强度较大时，模具和试件紧密粘结在一起，弹瓣无法弹开缸体，造成拆模失败；此外人工装填相似材料时，可能发生抛撒导致其落入滑动槽轨，阻挡缸体的推动，增加拆模工作的复杂性；此模具只能进行单个试件的压制，因此压制试件效率较低，制作周期长。针对以上专利技术存在的缺陷，专利技术一种拆装模具快捷方便且能进行批量试件压制成型的试件加工模具是必要的。
技术实现思路
针对现有模型试验试件加工模具的上述不足，本专利技术提供了一种高效模型试验标准试件加工模具。本专利技术一种高效模型试验标准试件加工模具的构造为：由承压筑模结构、约束固模结构及分力压模结构组成，其特征在于，所述的承压筑模结构由模具、活动式卡板、底座及提拉盘组成，所述的约束固模结构由槽缸及螺栓组成，所述的分力压模结构由承力梁、万向球支座凹槽、万向球及压垫柱组成。所述的模具采用高度为150~160mm，长、宽均为100mm，中心设有半径为25mm圆柱形开孔的不锈钢长方体，为四分体式结构，由完全相同的四部分模块组成，模块内壁面设置有一以圆孔中心为圆心成60°夹角，向外延伸6mm，内弧弧长为10mm，外弧弧长为20mm的大扇形凹槽，大扇形凹槽内嵌活动式挡板；所述的活动式卡板由大卡板、小卡板及连接板组成，大卡板板身尺寸与大扇形凹槽一致，其上端面焊接跨度为10mm，高度为5mm的不锈钢弧形鼻环，下端面焊接扇形连接板与小卡板连接，小卡板形式与卡板一致，高度为10mm，嵌入底座小扇形凹槽内；所述的底座采用高度为20mm，半径为25mm的不锈钢圆柱体制成，下盘面设有呈“十”字分布的四个嵌入式小扇形凹槽，槽深为10mm，小扇形凹槽内弧距圆心12mm，弧长为20mm，外弧弧长为30mm，两弧间距为6mm，外弧距底座外侧边缘为7mm；所述的提拉盘下底面铰接呈“十”字分布的四个半圆式不锈钢挂钩，每个挂钩分别钩吊对应的弧形鼻环，上底面中心铰接一手提环。所述的槽缸采用高度为150~160mm，长、宽均为300mm的不锈钢长方体，缸内开有四个边长为110mm，深度为130~140mm的非贯通式方形凹槽，相邻方形凹槽间距为60mm，缸壁厚度为10mm，且共设有八个半径略大于5mm的螺栓孔，便于螺栓的穿过，每个方形凹槽配备两个孔心对应槽心的螺栓孔；所述的螺栓采用材质为35CrMoA，3A级外螺纹、3B级内螺纹，头部滚花的内六角高强度螺栓，螺栓半径为5mm，拧动正交的两个螺栓可双向约束模具的滑动，进而固定模具，为相似材料标准试件成型提供侧向约束力，同时防止试件压制过程中模具发生啃咬，降低模具使用寿命。所述的承力梁是长度为160mm，宽度为54mm，高度为30mm的高强度钢制长方体梁，间距为110mm的两根横向承力梁及一根纵向承力梁呈“工”字型分布，横、纵向承力梁之间通过万向球与万向球支座凹槽铰接连接，承力梁正交的两侧梁面附有水准气泡，可调整承力梁水平无倾斜；所述的万向球支座凹槽是半径为25mm，深度为28mm的半球形凹槽，开设在压垫柱上底面及承力梁上端面中心部位，与万向球铰接可调整承立梁及压垫柱水平无倾斜；所述的万向球是半径为25mm，深度为30mm的钢制半球体，上平面光滑平直，承受试验机压头施加的压力，下部与纵承力梁上的万向球支座凹槽铰接，传递压力至承力梁；所述的压垫柱是高度为50mm，底面半径为25mm的高强度不锈钢圆柱，下底面光滑平直，接触压制模具中的试件，上底面开设万向球支座凹槽，铰接横向承力梁端部下方的万向球，压垫柱的侧面上标有刻度表，量程为50mm，试件压制完成后模具口对应压垫柱的刻度值与试件压制前压垫柱接触试件时模具口对应压垫柱的刻度值的差值，此差值即为试件压缩高度。本专利技术一种高效模型试验标准试件加工模具的使用方法，具体包括以下步骤：（1）在模具及活动式卡板的大卡板内侧涂抹脱模剂，将小卡板嵌入底座的小扇形凹槽内合并在一起，把四块模块从大卡板上方分别套入各自对应的大卡板，使模块的大扇形凹槽与大卡板紧密贴合组成整体，然后将模具放入模缸内方形凹槽的内侧，通过扳手拧动两只螺栓紧固模具直至严闭无缝，重复以上步骤完成四只模具的组装；（2）将称量之后的相似模拟试验材料倒入模具内，并进行分层捣实，将模具内壁上粘附的少量材料擦去，完成材料填筑；（3）将装有模具的模缸放置于电液伺服液压试验机上，并使模缸中心部位对准试验机压头，将承力梁置于模具上方，四个压垫柱分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效模型试验标准试件加工模具，其特征在于，它是由承压筑模结构、约束固模结构及分力压模结构组成；其中承压筑模结构由模具、活动式卡板、底座及提拉盘组成，活动式卡板的大、小卡板分别嵌入模具与底座内的大、小扇形凹槽契合连接，提拉盘的挂钩可扣住大卡板上端面的鼻环；约束固模结构由槽缸及螺栓组成，模具套入槽缸凹槽内，通过拧动螺栓固定模具；分力压模结构由承力梁、万向球支座凹槽、万向球及压垫柱组成，承力梁及压垫柱通过万向球支座凹槽内铰接的万向球连接。

【技术特征摘要】
1.一种高效模型试验标准试件加工模具，其特征在于，它是由承压筑模结构、约束固模结构及分力压模结构组成；其中承压筑模结构由模具、活动式卡板、底座及提拉盘组成，活动式卡板的大、小卡板分别嵌入模具与底座内的大、小扇形凹槽契合连接，提拉盘的挂钩可扣住大卡板上端面的鼻环；约束固模结构由槽缸及螺栓组成，模具套入槽缸凹槽内，通过拧动螺栓固定模具；分力压模结构由承力梁、万向球支座凹槽、万向球及压垫柱组成，承力梁及压垫柱通过万向球支座凹槽内铰接的万向球连接。2.根据权利要求1所述的一种高效模型试验标准试件加工模具，其特征在于，所述的模具为非一体式结构，由完全相同的四部分模块组成，模块内壁面设置有大扇形凹槽，大扇形凹槽内嵌活动式挡板；所述的活动式卡板由大卡板、小卡板及连接板组成，大卡板板身尺寸与大扇形凹槽一致，其上端面焊接不锈钢弧形鼻环，下端面焊接扇形连接板与小卡板连接，小卡板形式与卡板一致，嵌入底座小扇形凹槽内；所述的底座下盘面设有呈“十”字型分布的四个嵌入式小扇形凹槽；所述的提拉盘下底面铰接呈“十”字分布的四个半圆式不锈钢挂钩，每个挂钩分别钩吊对应的弧形鼻环，上底面中心铰接一手提环。3.根据权利要求1所述的一种高效模型试验标准试件加工模具，其特征在于，所述的槽缸的缸内开有四个非贯通式方形凹槽，缸壁设有八个半径略大于5mm的螺栓孔，便于螺栓的穿过，每个方形凹槽配备两个孔心对应槽心的螺栓孔，拧动正交的两个螺栓可双向约束模具的滑动，进而固定模具，为相似材料标准试件成型提供侧向约束力，同时防止试件压制过程中模具发生啃咬，降低模具使用寿命。4.根据权利要求1所述的一种高效模型试验标准试件加工模具，其特征在于，所述的承力梁由横向承力梁及纵向承力梁组成，两根横向承力梁及一根纵向承力梁呈“工”字分布，横、纵向承力梁之间通过万向球与万向球支座凹槽铰接连接，承力梁正交的两侧梁面附有水准气泡，可调整承力梁水平无倾斜；所述的万向球支座凹槽是半球形凹...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伊帅，李昌进，李志臣，朱庆文，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37