测量夹具的设计

中图分类号：TG156.2 文献标志码：A

Abstract： This fixture is designed according to the requirements of GB/T 228 Metallic Materials—Tensile Testing at Room Temperature for the measurement of specimen dimensions after tensile testing. It features a simple structure and convenient operation， suitable for specimens with differe cross-sectional shapes and lengths.The measurement of the post-fracture gauge length and cross-sectional area of the specimen using this device not only improves the measurement accuracy， but also makes the measurement more convenient and efficient， which is particularly suitable for batch tensile testing mechanics laboratories. The main components are made of hard aluminum alloy， featuring light weight， corrosion resistance， and maintenance-free characteristics.

1 设计背景

在材料科学与工程领域，金属材料的常温拉伸试验是评估其力学性能的核心方法之一。依据 GB/T228 金属材料拉伸试验第1 部分：室温试验方法，拉伸试验后对试样断后标距尺寸和断面横截面积的精确测量，是获取材料延伸率和断后收缩率等关键力学性能指标的必要环节。这些数据直接反映材料在受力变形过程中的塑性特征，对新材料研发、质量检验及工程应用选材具有决定性意义[1]。

传统测量过程中，试样因形状不规则、尺寸差异大，缺乏专用固定装置，导致测量时难以精准定位，易出现人为操作误差。例如，在测量断后标距时，手工对齐试样标记点易产生偏移；测量断面横截面积时，试样晃动会导致卡尺读数波动。此外，力学实验室批量检测需求下，常规辅助工具操作繁琐、效率低下，无法满足快速、准确测量的要求。因此，设计一款结构简单、适配性强且能实现稳定夹持的测量夹具，成为提升测量精度与效率、保障试验数据可靠性的迫切需求。

本文围绕金属材料拉伸试样测量需求，从试样夹持要求、结构构思、功能实现、材料选择等方面展开研究，旨在通过创新设计解决现有测量难题，为材料性能检测提供高效可靠的技术支持。

2 试样夹持要求分析

不同类型试样因几何形状、尺寸及断裂特征的差异，对夹持要求呈现显著区别[3-4]。

2.1 试样的类型

2.1.1 板材试样

拉伸试验后的板材试样，断裂处附近可能存在局部变形或翘曲，如图1 所示，测量时需避免因夹持不当导致二次变形影响数据准确性对于厚度较薄的板材，建议使用表面光滑且具有弹性的橡胶垫 配合 行夹持，既能保证试样稳定固定，又可防止夹具对试样表面造成压痕。对于宽厚比较大的板材，为精准测量断后宽度，可采用带有定位槽的专用夹具，确保测量方向与试样轴线垂直，减少人为操作误差。

2.1.2 棒材试样

棒材试样拉伸断裂后，塑性试样断口处存在大量塑性变形，如图 2 所示，测量断面直径时需确保试样处于水平且中心固定状态。通常采用U 型槽与顶杆配合的夹持方式，将试样断裂处置于U 型槽中心，利用顶杆顶住试样两端实现轴向定位，避免测量时试样滚动或偏移。针对直径较小的棒材，可在 U 型槽内粘贴薄铜片，既能增加摩擦力防止打滑，又能保护试样表面不受损伤，确保断后直径测量值的可靠性。

2.2 试样的尺寸

如图 3 所示的长试样拉伸后，标距部分变形量大且可能存在整体弯曲，测量断后标距时需保证试样完全伸展。定位夹具需将试样固定在水平工作面上，避免因自重或夹持力导致的标距测量偏差。

2.2.2 短试样[2]

如图 4 所示的短试样因标距短、夹持区域有限，测量时易出现夹持不稳或测量点定位偏差。可采用带有伸缩性的夹具，配合顶杆，快速实现试样的夹持。

3 夹具结构

本夹具采用多级伸缩式框架结构如图 5 所示，由主体支架、可调夹持组件构成。为适应多种长度的试样，主体右侧支架设置可拉动的伸缩杆实现快速伸缩调节，最大伸缩范围达100mm，可适配30-250mm 不同长度试样的测量需求。可调夹持组件包含适配板材的平面对夹模块和针对棒材的U 型槽型定位模块，通过螺纹旋钮与卡槽设计，可快速调节松紧，实现对不同截面形状试样的稳定固定。

4 夹具材料

选择铝合金作为通用夹具体，具有成本低，轻质，耐磨性好等特点。为减少频繁装夹易造成表面刮擦与磨损，导致定位精度下降，进而影响拉伸试验延伸率和断后收缩率的 金夹具体进行表面强化，表面硬度可达HV300 - 500，显著高于铝合金基体。

5 结论

本文介绍了在拉伸试验中的专用测 效解决传统测量精度低、效率差的问题，为获取力学性能指标提供可靠保障。夹具能适配各类试样，操作简便，可广泛应用于科研与质检，大幅提升工作效率。采用铝合金及表面强化处理工艺，兼具轻质高强、耐磨耐蚀等优点，结构简洁易维护，可为同类试验夹具设计提供参考。

参考文献

[1] 秦锋英，李波，龙思雨，等.超 坏机理研究[J].力学季刊，2025，46（02）：349-359.

[2] 史佳怡，金佳琳，徐仲呈 具的设计[J].时代汽车，2020，（23）：113-114

[3] 王艳，林思宇，封勇斌，等. 用夹具的设计与应用[J].新技术新工艺，2022，（03）：32-35.

[4] 郭茜，俞晓锋.6025A 仪表车床平面加工专用夹具设计[J].模具制造，2025，25（06）：20-22.

基金项目：辽宁省大学生创新创业训练项目（202511430141）夹具多功能设计；先锋科研创新团队金属材料制备及深加工成形技术研究科研先锋团队

作者简介：杨尚萱（2004—），女，大学本科，研究方向为材料成型及控制工程。

通讯作者：刘冰（1986—），女，硕士，研究方向为先进钢铁材料组织性能控制。