CN107907406A - 一种基于电化学抛光的多层圆台剥层夹具 - Google Patents

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董大林
王栋
李延民
李海松
孔冬冬
韩立杰
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Abstract

本发明提供一种可以对圆柱状试验块金属材料表面进行剥层，实现微米级阶梯状结构来测量深度方向残余应力分布的试验夹具。所述模型孔底部结构中，除直径最大的模型孔以外的其余直径较小的模型孔背面均有内凹槽设计；所述下托底中心处开有通孔且有把手装置；所述主体结构外部留有4个可以用以试验时起到固定作用的装置或剥层完毕后拆取金属材料时的防松装置；本发明的模型孔背面的内凹槽设计，可使圆柱状试验块不参与或不再参与剥层的，而且高度要高于当前被剥层的所有表面，刚好与模型孔背面内凹槽设计相匹配，同时起到保护已剥层结构作用；下托底把手装置可使模型孔背部表面与金属材料表面贴合，即使存在一定的贴合误差，也能通过调节下托底旋转把手，确保紧密贴合。

Description

一种基于电化学抛光的多层圆台剥层夹具
技术领域
本发明涉及一种基于电化学抛光的多层圆台剥层夹具，适用于金属材料深度方向上的硬度、残余应力等测试。
背景技术
在铸造、锻造、焊接、机械加工等各类加工过程中，工件由于受到外力和温度的影响会产生残余应力，残余应力的存在使得工件处于一种不稳定状态，容易引起变形，影响精度，最终影响到设备的使用性能与使用寿命，严重的会发生安全事故。探究有效的残余应力测试方法与改善零件中残余应力状况具有重大的意义。
目前在残余应力测量中应用最广泛的方法主要有两种：一种是通过射线衍射测定晶格应变，再通过应力应变之间的关系求得残余应力，如X射线衍射法。另一种方法是通过应力释放的方法获取残余应力，如钻孔法、切取法等。相对于钻孔法、切取法等应力释放法，X射线衍射法在表面残余应力的测量中应用更为广泛。但是因为X射线的穿透能力非常有限，用这种方法测量残余应力仅反映表面层很薄一层的残余应力，比如利用X射线衍射测量钢材的残余应力，其穿透深度仅有几微米，很大程度上限制了X射线法在较厚结构件测试中的应用和深度方向上残余应力的研究。
要测量金属材料中残余应力沿深度方向的分布，可以采用剥层法对金属材料进行剥层，常用的有电化学剥层法、化学剥层法等，再配合X射线衍射法测量剥层后的表面应力，得到残余应力沿深度方向的分布。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种可以对金属材料表面进行规则剥层，并得到微米级阶梯状结构进行残余应力沿深度方向测量的试验夹具。
为解决上述问题，本发明采用了以下技术方案 ：
一种基于电化学抛光的多层圆台剥层夹具，包括主体结构、模型孔、圆柱状试验块、下托底；所述主体结构内部开有通孔，通孔上半部留有与模型孔配合的空间，通孔下部开有内螺纹，与下托底外螺纹配合使用；所述主体结构外部留有4个可以用以试验时起到固定作用的装置或剥层完毕后拆取圆柱状试验块时的防松装置；所述下托底底部中心开有通孔，将与电源正极连接的阳极导线穿入通孔中，与下托底上部内凹结构同等直径的导电圆形薄片底部进行焊接，将焊接完成的导电圆形薄片固定于下托底上部凹槽中，将圆柱状试验块放置于导电圆形薄片上面，通过此结构对试验块进行供电；所述主体结构下部有旋转手把装置，用以拆装夹具使用；所述模型孔置于所述主体结构内部，且通过所述下托底与所述圆柱状试验块固定完成后的装置旋入主体结构中的旋紧力，使模型孔顶紧固定于主体结构中；所述模型孔有5个不同直径的型号，模型孔正面看为通电后要剥掉的形状，背面看除直径最大的模型孔以外的其余4个直径较小的模型孔，均设计有内凹槽结构，所述圆柱状试验块在剥当前层（大于或等于第二层）的时候，使圆柱状试验块不参与或不再参与剥层的，而且高度要高于当前被剥层的所有表面，；刚好与模型孔背面内凹槽设计相匹配。如图7所示，同时起到保护已剥层结构作用；所述圆柱状试验块即为被剥层金属材料，其直径要求与所述下托底上部凹槽直径相等，使下托底上部内凹结构起到固定作用。
所述模型孔、主体结构、下托底材料均为尼龙材料；所述圆柱状试验块材料为金属材料。
本发明的模型孔中除直径最大的模型孔以外的其它直径较小的模型孔背面均有内凹槽设计，使圆柱状试验块不参与或不再参与剥层的，高度要高于当前被剥层的所有表面，刚好与模型孔背面内凹槽设计相匹配，使模型孔底部表面与金属材料上表面贴合，即使存在一定的贴合误差，也能通过调节下托底旋转把手，确保紧密贴合。
附图说明
图 1 为本发明电化学剥层试验夹具的轴测图1。
图 2 为本发明电化学剥层试验夹具的轴测图2。
图 3 为本发明电化学剥层试验夹具的俯视图。
图 4 为本发明电化学剥层试验夹具的剖视图。
图 5 为本发明电化学剥层试验夹具的模型孔组图。
图 6 为本发明电化学剥层试验夹具的细节剖视图。
图 7 为本发明电化学剥层试样的模型效果图。
图 8 为本发明电化学剥层试样的实测效果图。
具体实施方式
如图 1-5 所示，一种基于电化学抛光的多层圆台剥层夹具，包括主体结构4、模型孔3、圆柱状试验块2、下托底1；所述主体结构4内部开有通孔，通孔上半部留有与模型孔3配合的空间，通孔下部开有内螺纹，与下托底1外螺纹配合使用；所述主体结构4外部留有4个可以用以试验时起到固定作用的装置或剥层完毕后拆取圆柱状试验块时的防松装置；所述下托底1底部中心开有通孔，将与电源正极连接的阳极导线穿入通孔中，与下托底1上部内凹结构同等直径的导电圆形薄片底部进行焊接，将焊接完成的导电圆形薄片固定于下托底1上部凹槽中，将圆柱状试验块2放置于导电圆形薄片上面，通过此结构对试验块2进行供电；所述主体结构4下部有旋转手把装置，用以拆装夹具使用；所述模型孔3置于所述主体结构4内部，且通过所述下托底1与所述圆柱状试验块2固定完成后的装置旋入主体结构4中的旋紧力，使模型孔3顶紧固定于主体结构4中；所述模型孔3有5个不同直径的型号，如图5所示，模型孔正面看为通电后要剥掉的形状，背面看除直径最大的模型孔以外的其余4个直径较小的模型孔，均设计有内凹槽结构，所述圆柱状试验块2在剥当前层（大于或等于第二层）的时候，使圆柱状试验块2不参与或不再参与剥层的，而且高度要高于当前被剥层的所有表面，刚好与模型孔背面内凹槽设计相匹配，如图6所示，同时起到保护已剥层结构作用；所述圆柱状试验块2即要被剥层金属材料，其直径要求与所述下托底1上部凹槽直径相等，使下托底1上部内凹结构起到固定作用。
安装时，将直径最大的模型孔3放置于主体结构4内部。将与电源正极连接的阳极导线穿入下托底1通孔中，与下托底1上部凹槽结构同等直径的导电圆形薄片底部进行焊接，将导电圆形薄片固定于下托底1上部凹槽中且以后试验均不再拿出，起到导电作用。将圆柱状试验块2放置于导电圆形薄片上面同时被下托底1上部凹槽固定。将下托底1通过手把装置旋入主体结构4内螺纹中，直至旋紧。在需要更换较小直径的模型孔时，只需要转动下托底1的手把装置，将下托底1连同圆柱状试验块2从主体结构4中旋出来，将模型孔3取下来进行更换即可。
本领域技术人员应认识到，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (2)

1.一种基于电化学抛光的多层圆台剥层夹具，包括主体结构、模型孔、圆柱状试验块、下托底；所述主体结构内部开有通孔，通孔上半部留有与模型孔配合的空间，通孔下部开有内螺纹，与下托底外螺纹配合使用；所述主体结构外部留有4个可以用以试验时起到固定作用的装置或剥层完毕后拆取圆柱状试验块时的防松装置；所述下托底底部中心开有通孔，将与电源正极连接的阳极导线穿入通孔中，与下托底上部内凹结构同等直径的导电圆形薄片底部进行焊接，将焊接完成的导电圆形薄片固定于下托底上部凹槽中，将圆柱状试验块放置于导电圆形薄片上面，通过此结构对试验块进行供电；所述主体结构下部有旋转手把装置，用以拆装夹具使用；所述模型孔置于所述主体结构内部，且通过所述下托底与所述圆柱状试验块固定完成后的装置旋入主体结构中的旋紧力，使模型孔顶紧固定于主体结构中；所述模型孔有5个不同直径的型号，模型孔正面看为通电后要剥掉的形状，背面看除直径最大的模型孔以外的其余4个直径较小的模型孔，均设计有内凹槽结构，所述圆柱状试验块在剥当前层（大于或等于第二层）的时候，使圆柱状试验块不参与或不再参与剥层的，而且高度要高于当前被剥层的所有表面，刚好与模型孔背面内凹槽设计相匹配，如图7所示，同时起到保护已剥层结构作用；所述圆柱状试验块即要被剥层金属材料，其直径要求与所述下托底上部凹槽直径相等，使下托底上部内凹结构起到固定作用。
2.根据权利要求1所述的一种基于电化学抛光的多层圆台剥层夹具，其特征在于，其特征在于，所述圆柱状试验块所有不需参与剥层的表面，会被夹具覆盖并保护，避免由于剥层面积的增加而引起的电解液消耗，而且由于所述模型孔存在的原因可以使被剥离表面直观效果具有规则性；所述模型孔有5个不同直径的型号，模型孔正面看为通电后要剥掉的形状，背面看除直径最大的模型孔以外的其余4个直径较小的模型孔，均设计有内凹槽结构。
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