CN111487113A - 一种金相制样镶嵌工装及镶嵌方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金相制样镶嵌工装，涉及金相镶嵌技术领域，工装包括具有上开口和下开口的主体以及压线销；主体包括上部和下部；上部为圆筒型；下部为窑型，并在侧壁的对称位置设有至少三个倒U型开槽；压线销由上开口向主体内部方向运动，使至少两个待镶嵌丝材受力贴合于主体的上部内壁。本发明同时公开了使用工装镶嵌的一种金相制样镶嵌方法。本发明能够有效提高各类软态丝材在金相制样镶嵌中的垂直度参数，解决软态丝材在镶嵌过程中易出现的直径失真，显著减少金相观测假象发生。

Description

一种金相制样镶嵌工装及镶嵌方法

技术领域

本发明涉及金相镶嵌领域，尤其涉及一种金相制样镶嵌工装及镶嵌方法。

背景技术

金相试样制备(即金相制样)是金相研究的重要组成，旨在通过对金属材料样品(一般取样品横截面)的检验观测分析出材料质量。由于金属材料质量往往会直接影响到产品性能及安全，对产品的工作寿命影响很大，因此金相制样在材料的应用和工艺研究方面具有重要价值。

在金相制样中，镶嵌是不可缺少的关键一环。现有技术的镶嵌工艺往往直接将切割取样的丝材样品垂直置入镶嵌模具中，然后在镶嵌模具中浇注固化材料，待固化完成冷却后将镶嵌样品取出，方便后续机械研磨样品截面制样，从而便于样品分析。由于在镶嵌中保证样品垂直度主要基于工序人员的经验和操作，因此当镶嵌样品直径较小或者材质较软时，例如一些直径单位在毫米甚至更小级别的软态金属材料(例如直径为毫米单位的铜丝)，或者因批次不同材料的刚性系数差异值较大时，极易使金相试样在镶嵌中产生假象，衍生出各种问题，包括镶嵌样品直径失真、镀层金属厚度变薄、外层合金镀层同心度降低等。这些问题都会导致制样精度低以及制样效率低下，为后期的金相观测带来假象，干扰金相观测结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金相制样镶嵌工装及镶嵌方法，以解决现有技术中金相制样镶嵌过程中丝材样品垂直度难以把控，导致样品轴向与被观测面之间的垂直度公差大、产生观测假象的技术问题。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种金相制样镶嵌工装，工装在使用时被放置于镶嵌模具的内腔中，工装包括：

具有上开口和下开口的主体以及由上开口向主体内部方向运动的压线销；

其中，主体包括上部和下部；上部为圆筒型；下部为窑型，并在侧壁的对称位置设有至少三个倒U型开槽；压线销由上开口向主体内部方向运动，使至少两个待镶嵌丝材受力贴合于主体的上部内壁。

进一步地，主体的高度为镶嵌模具内腔高度的4/5。

进一步地，主体上部的高度为主体下部高度的1.5倍。

进一步地，主体在上部与下部的结合位置具有45°倾角。

进一步地，倒U型开槽的槽体宽度为主体下开口直径的1/3，倒U型开槽的槽体高度为主体下部高度的4/5。

进一步地，压线销具有销头，销头的直径小于等于主体的上部外经。

进一步地，压线销在销体轴向的对称位置具有压线槽。

进一步地，工装由45号钢制成。

第二方面，本发明提供一种金相制样镶嵌方法，使用第一方面中任一项所述的工装进行镶嵌操作，方法步骤具体包括：

a、裁取与工装主体高度相同的丝材作为待镶嵌丝材；

b、将至少一对待镶嵌丝材沿压线销的销柱轴向以对称方式紧密贴合于压线销；

c、将压线销和待镶嵌丝材一同从主体的上开口中插入，使待镶嵌丝材的上端面与主体的上开口端面平齐；

d、将环氧树脂与固化剂按1∶1.5的比例混合制备冷镶嵌剂；

e、将工装倒置，从工装主体下开口倒入冷镶嵌剂，使待镶嵌丝材固化在工装中，形成预镶嵌组合；

f、将预镶嵌组合正置于镶嵌模具的内腔中，向内腔中倒入冷镶嵌剂或胶木粉镶嵌剂，直至完全浸过工装；

g、基于向内腔中倒入冷镶嵌剂进行冷镶嵌，或基于向内腔中倒入胶木粉镶嵌剂进行加压加热热镶嵌；

h、在冷镶嵌或热镶嵌的固化完成后，取得待镶嵌丝材的镶嵌制样。

采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的工装结构能够在金相镶嵌过程中有效夹紧制样丝材，使丝材垂直于镶嵌模具中，与现有技术基于经验采用人工操作的方式相比能够有效提升小线径(毫米单位)的软态丝材在金相镶嵌中的垂直度参数，减少金相假象的发生。

2、本发明的结构和方法能够满足同时对多组制样丝材进行固定和镶嵌，成倍提升金相镶嵌效率。并且对镶嵌模具中的冷镶嵌和热镶嵌工艺都具有良好的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的一种金相制样镶嵌工装主视图；

图2为本发明实施例1提供的一种金相制样镶嵌工装俯视图；

图3为本发明实施例1提供的一种金相制样镶嵌工装的主体剖面图；

图4为本发明实施例2提供的另一种金相制样镶嵌工装主视图；

图5为本发明实施例2提供的另一种金相制样镶嵌工装剖面图；

图6为本发明实施例3提供的又一种金相制样镶嵌工装的压线销主视图；

图7为本发明实施例3提供的又一种金相制样镶嵌工装主视图；

图8为本发明实施例4提供的一种工装与模具组合装配主视图；

图9为本发明实施例4提供的一种工装与模具组合装配剖面图；

图10为本发明实施例4提供的一种工装与模具组合装配俯视图；

图11为本发明实施例5提供的另一种工装与模具组合装配俯视图；

图12为本发明实施例6提供的一种金相制样镶嵌方法流程示意图。

图中标记：1-主体，2-压线销，3-倒U型开槽，4-待镶嵌丝材，5-销头，6-压线槽，7-镶嵌模具。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图和实施例对本发明实施例作详细说明。

实施例1

参见图1所示，本发明提供一种金相制样镶嵌工装，能够以夹紧的方式使待镶嵌丝材固定垂直于镶嵌模具底面，从而减少假象产生。

具体地，工装结构包括：具有上开口和下开口的主体1，以及压线销2。

从外观结构上，如图1可见，主体1包括上部和下部两个部分结构。其中，上部为圆筒型结构；下部为窑型结构，并在下部侧壁的对称位置设有至少三个倒U型开槽3。此处压线销2的作用在于，当压线销2由上开口向主体1内部方向运动时，能够使至少两个待镶嵌丝材4受力贴合于主体1的上部内壁。

可以理解地，本发明实施例中的待镶嵌丝材4主要指线径为毫米级别，并在某一金属特性方面良好的硬性丝材或者柔性丝材，如金丝、银丝、铜丝等。可见，由于丝材线径较细因此难以手工操作保证其在镶嵌模具中直立时的垂直度，并且如铜丝等丝材较软，使得其保持垂直度非常困难。

可以理解地，本发明实施例中的主体1为上下开口、内部中空的结构。主体1上部相当于一个导管，可以同时纳入压线销2和待镶嵌丝材4，使压线销2可以在上部腔体中与待镶嵌丝材4紧密贴合，从而将待镶嵌丝材4固定在压线销2与主体1上部腔体之间的空间里，实现待镶嵌丝材4在工装内部保持直立姿势，从而与镶嵌直面垂直。当待镶嵌丝材4放置后，主体1下部通过倒U型开槽3向工装内部注入镶嵌用的镶嵌剂，从而完成对待镶嵌丝材4的镶嵌工艺。

具体地，在本实施例的一种可实现方式中，压线销2的直经与主体1上开口内径之差等于待镶嵌丝材4直径的2倍，从而能够同时将至少一对待镶嵌丝材4固定在主体1的上部内壁上；由于待镶嵌丝材4在工装中呈对称形式分布，可以有效保证待镶嵌丝材4固定过程中受力均匀，从而维持镶嵌过程中的垂直度。

为了便于理解，图2示出了图1中工装的俯视图，其中，若D1为主体1的上开口内径，D2为压线销2的直径，D3为待镶嵌丝材4的直径，那么D1、D2和D3的参数之间具有以下计量关系：D1-D2＝2*D3。

可以理解地，此处的D1、D2和D3的实际值会受加工精度影响，但是只要其参数符合现有技术的正常加工水平，就可以保证待镶嵌丝材4竖立于主体1与压线销2所制造的空间中不倾斜。

为了阐述本发明实施例中工装的尺寸特征，图3示出了本发明实施例中主体1的剖面图，其中，L1为倒U型开槽3的槽体宽度，L为主体1下开口直径，H4为倒U型开槽3的高度，H为主体1的上部高度，HI为主体1的下部高度。

可以理解地，在本发明实施例的方案中，主要基于主体1的上部固定待镶嵌丝材4。由此可见，若主体1的上部高度太小，则待镶嵌丝材4在工件中受力段短，就无法保证待镶嵌丝材4的垂直直立精度。

可以理解地，在本发明实施例的方案中，主要基于主体1的下部，尤其是通过倒U型开槽3向工装内腔注入固化试剂，完成待镶嵌丝材4的固化工艺。由此可见，若主体1的下部高度太小，就会直接影响倒U型开槽3的尺寸，从而直接影响固化材料的注入效率，甚至导致镶嵌失败。

优选地，在本发明实施例中，将主体1的上部高度H设为主体1的下部高度H1的1.5倍长度；与此同时，将倒U型开槽3的槽体宽度L1设为主体1下开口直径L的1/3长度，将倒U型开槽3的槽体高度H4设为主体1下部高度H1的4/5长度。经过实际测试，这样既能够有效保证待镶嵌丝材4的垂直精度，也不会导致镶嵌剂的注入速度过慢，镶嵌效果较好。

可以理解地，镶嵌剂是由倒U型开槽3注入工装并逐渐充满工装内部空间的。为了实现更好的镶嵌效果，如图3所示，在本发明实施例中，主体1在上部与下部的结合位置具有45°倾角结构，从而降低镶嵌剂在工装内部的填充流速，能够有效防止工装内部在填充介质时产生气泡，造成镶嵌不良。

优选地，压线销2的长度不应长于主体1的上部高度H，否则容易对从倒U型开槽3注入的镶嵌剂流速造成影响，造成镶嵌不良。

优选地，本发明实施例中的工装由45号钢制成，成本较低。也可以根据实际工艺情况选择其他材料，此处不再赘述。

综上所述，本发明提供的金相制样镶嵌工装能够有效提高各类软态丝材在金相制样镶嵌中的垂直度参数，解决软态丝材在镶嵌过程中易出现的直径失真，从而进一步杜绝镀层金属厚度变薄、外层合金镀层同心度降低等镶嵌问题，显著减少金相观测假象发生。

实施例2

基于前述实施例1，为了解决在镶嵌操作中压线销易掉入主体内部导致难以取出的技术问题，压线销2具有销头5防止滑落。

图4和图5分别示出了本发明实施例提供的一种金相制样镶嵌工装的主视图和剖面图，可见压线销2具有大于工装主体上开口内径的销头5，从而使压线销2在沉至最深位置时，通过销头5卡至主体1的上开口处，不会掉入主体1内部。

此处需要注意的是，销头5的直径不仅仅大于主体1上开口内径，同时还要小于等于主体1上开口外径，这样能够避免当注入镶嵌剂时销头被镶嵌剂液面抬起的情况。

实施例3

基于前述实施例，为了进一步提高对待镶嵌丝材4的固定效果，如图6所示，在一种可实现方式中，压线销2在销体轴向的对称位置具有若干压线槽6。图7示出了采用图6所示压线销2对待镶嵌丝材4(填充阴影部分)进行紧固的工装主视图，可见基于这种压线销2的压线槽6，可以通过将待镶嵌丝材4置入压线槽6，有效保证待镶嵌丝材4在放入主体1中时的垂直度。

优选地，压线槽6在压线销2上的位置呈对称式，从而可以保证各个待镶嵌丝材4被紧固时的受力均匀。

需注意的是，在本发明实施例中，压线槽6的槽深度小于等于待镶嵌丝材4的直径。

可以理解地，若压线槽6的槽深度大于待镶嵌丝材4的直径，待镶嵌丝材4就会在压线槽6中晃动，无法保证垂直度；若压线槽6的槽深度等于待镶嵌丝材4的直径，那么压线销2的直径应等于主体1的上开口内径；若压线槽6的槽深度小于待镶嵌丝材4的直径，导致待镶嵌丝材4在置入压线槽6后从槽中凸出，那么压线销2的直径也应小于主体1的上开口内径；总而言之，无论压线槽6的槽深度如何设置，只要保证压线销2可以将待镶嵌丝材4压于主体1上部内壁上即可。

实施例4

本实施例主要针对前述实施例中的工装与镶嵌模具的装配使用做进一步地阐述和说明。

图8示出了在一种可实现方式中，本发明实施例中的工装与镶嵌模具组合装配主视图。一般来说，镶嵌模具7呈圆杯或者釜型，工装被置于镶嵌模具7内部。在镶嵌时，镶嵌模具7被注入配比好的镶嵌剂，待固化完成后将表面被镶嵌剂覆盖的待镶嵌丝材4取出即可。

进一步地，图9为图8的剖面图，由图9可见，主体1被水平置于镶嵌模具7底部，压线销2能够固定待镶嵌丝材4的位置，保证其垂直于镶嵌模具7底部，从而在镶嵌后能够具有良好的金相观测属性。

此处H_L为镶嵌模具7的高，同样是镶嵌剂液面的最大高度；H_s是主体1的高度。显而易见地，H_s应小于H_L但是不能相差太多，否则影响丝材的可镶嵌长度。优选地，本发明实施例中取H_s＝4/5*H_L。

进一步地，图10为图8的俯视图。一般来说，镶嵌模具7越小，注满模具所需的镶嵌剂就越少，注入时间也更短，有助于缩短工序工时。因此，在本实施例中，镶嵌模具7的直径越接近工装的下开口直径越好。

实施例5

基于前述实施例4，本发明实施例提出另一种镶嵌工装与镶嵌模具的组合装配，能够进一步提升镶嵌的工作效率。

如图11所示的工装与模具装配方式俯视图，可见，当镶嵌模具7的直径大于主体1下开口直径的2倍数值时，就能够在镶嵌模具7中放入至少4个主体1，倍数级提升镶嵌效率。所以，在本实施例中，镶嵌模具7的直径越大于主体1的下开口直径的2倍就越好。

实施例6

如图12所示，基于前述实施例中的金相制样镶嵌工装，本发明提供一种金相制样镶嵌方法，具体包括以下步骤：

S101、裁取与主体高度相同的丝材作为待镶嵌丝材。

可以理解地，在本发明实施例中，待镶嵌丝材是直径小于等于0.35mm的铜丝。

可以理解地，本发明实施例中，丝材是在工装中进行镶嵌的，显而易见地，为了使丝材能够被镶嵌料(或镶嵌剂)完整覆盖，裁取待镶嵌丝材的长度需要与工装主体的高度相同。

S102、将至少一对待镶嵌丝材沿压线销的销柱轴向以对称方式紧密贴合于压线销。

可以理解地，在这一步骤中必须选择至少一对丝材与压线销结合，这样在待镶嵌线材插入工装主体之后，可以使压线销的两端受力居中，保持待镶嵌线材的垂直度。

若压线销上不具有压线槽，那么可以通过人工握持进行操作；若压线销上具有压线槽，那么只需将丝材置入压线槽即可。

S103、将压线销和待镶嵌丝材一同从主体的上开口中插入，使待镶嵌丝材的上端面与主体的上开口端面平齐。

可以理解地，由于待镶嵌丝材与工装主体长度相同，因此只有当待镶嵌丝材的上端面与主体的上开口端面平齐时，才能说明待镶嵌丝材完全进入工装中，可以进行镶嵌操作。若待镶嵌丝材的位置比上开口端面高，则说明未到位；若待镶嵌丝材的位置比上开口端面低，则说明待镶嵌丝材的取长有问题，甚至待镶嵌丝材在主体内部有折弯情况，需要中止镶嵌。

可以理解地，若工装的压线销具有本发明实施例2中的销头，那么销头可以使待镶嵌丝材的端面受力均匀的压入工装，直至与上开口端面平齐的位置，此处不再赘述。

S104、将环氧树脂与固化剂按1∶1.5的比例混合均匀制成冷镶嵌剂。

此处需注意的是，一般现有技术对环氧树脂与固化剂混合常采用1∶2的配比比例，而本发明实施例中采用1∶1.5的配比；经试验，这种配比使镶嵌剂的流动性易于从工装的倒U型槽中注入。

S105、将工装倒置，从工装主体下开口倒入冷镶嵌剂，使待镶嵌丝材固化在工装中，形成预镶嵌组合。

可以理解地，由于此时待镶嵌丝材的一部分(主体上部长度)被固定于工装中，因此可以对这一部分的待镶嵌丝材实施预镶嵌，进一步保证待镶嵌丝材在模具中的垂直度。

需要注意的是，这里的预镶嵌是采用步骤S104中制备的冷镶嵌剂的冷镶嵌，方便人工操作。

S106、将预镶嵌组合正置于镶嵌模具的内腔中，向内腔中倒入冷镶嵌剂或胶木粉镶嵌剂，直至完全浸过工装。

可以理解地，由于镶嵌剂在镶嵌模具的内腔中完全浸过工装，因此也就完全浸过了未被镶嵌的丝材部分。

S107、基于向内腔中倒入冷镶嵌剂进行冷镶嵌，或基于向内腔中倒入胶木粉镶嵌剂进行加压加热热镶嵌。

S108、在冷镶嵌或热镶嵌的固化完成后，取得待镶嵌丝材的镶嵌制样。

显而易见地，本实施例中，在镶嵌模具中的镶嵌过程，既可以采用步骤S104中制备的冷镶嵌剂进行冷镶嵌反应，也可以采用胶木粉镶嵌剂进行热镶嵌反应，因而具有良好的适用性。

综上所述，本发明提供的金相制样镶嵌方法，以工装夹具的方式保证了多组丝材可以同时被镶嵌，提升了镶嵌效率，与现有技术基于经验采用人工操作的方式相比能够有效提升小线径(毫米单位)的软态丝材在金相镶嵌中的垂直度参数，减少金相假象的发生。并且对镶嵌模具中的冷镶嵌和热镶嵌工艺都具有良好的适用性。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上实施例，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种金相制样镶嵌工装，其特征在于，所述工装在使用时被放置于镶嵌模具的内腔中，所述工装包括：

具有上开口和下开口的主体(1)以及压线销(2)：

其中，主体(1)包括上部和下部；上部为圆筒型；下部为窑型，并在侧壁的对称位置设有至少三个倒U型开槽(3)；压线销(2)由上开口向主体(1)内部方向运动，使至少两个待镶嵌丝材受力贴合于主体(1)的上部内壁。

2.根据权利要求1所述的金相制样镶嵌工装，其特征在于，所述主体(1)的高度为所述镶嵌模具内腔高度的4/5。

3.根据权利要求1所述的金相制样镶嵌工装，其特征在于，所述主体(1)上部的高度为所述主体(1)下部高度的1.5倍。

4.根据权利要求1所述的金相制样镶嵌工装，其特征在于，所述主体(1)在上部与下部的结合位置具有45°倾角。

5.根据权利要求1所述的金相制样镶嵌工装，其特征在于，所述倒U型开槽(3)的槽体宽度为主体(1)下开口直径的1/3，所述倒U型开槽(3)的槽体高度为主体(1)下部高度的4/5。

6.根据权利要求1所述的金相制样镶嵌工装，其特征在于，所述压线销(2)具有销头(5)，所述销头(5)的直径小于等于所述主体(1)的上部外经。

7.根据权利要求1所述的金相制样镶嵌工装，其特征在于，所述压线销(2)在销体轴向的对称位置具有压线槽(6)。

8.根据权利要求1所述的金相制样镶嵌工装，其特征在于，所述工装由45号钢制成。

9.一种金相制样镶嵌方法，其特征在于，使用权利要求1-7中任一项所述的工装进行镶嵌操作，方法步骤具体包括：

a、裁取与所述工装主体高度相同的丝材作为待镶嵌丝材；

b、将至少一对所述待镶嵌丝材沿压线销的销柱轴向以对称方式紧密贴合于所述压线销；

c、将所述压线销和所述待镶嵌丝材一同从所述主体的上开口中插入，使所述待镶嵌丝材的上端面与所述主体的上开口端面平齐；

d、将环氧树脂与固化剂按1∶1.5的比例混合制备冷镶嵌剂；

e、将所述工装倒置，从所述主体下开口倒入冷镶嵌剂，使所述待镶嵌丝材固化在所述工装中，形成预镶嵌组合；

f、将所述预镶嵌组合正置于镶嵌模具的内腔中，向所述内腔中倒入所述冷镶嵌剂或胶木粉镶嵌剂，直至完全浸过所述工装；

g、基于向所述内腔中倒入所述冷镶嵌剂进行冷镶嵌，或基于向所述内腔中倒入所述胶木粉镶嵌剂进行加压加热热镶嵌；

h、在所述冷镶嵌或所述热镶嵌的固化完成后，取得所述待镶嵌丝材的镶嵌制样。

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