CN113176108B - 一种获取金属材料标准物质的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获取金属材料标准物质的工艺方法，该方法包括以下步骤：一、固定三爪卡盘于立式加工中心的工作台上，将金属材料样品装夹在三爪卡盘并校平，再将收集器扣放在三爪卡盘的侧壁上，然后将立铣刀装夹在主轴上，准备切削；二、设定切削的主轴转速、进给量的深度；三、找到金属材料样品的中心进行对刀，从金属材料样品的边沿开始环形切削，并连续向金属材料样品中心方向进给切削，切削过程产生切屑；四、将切屑收集到收集器中，以该切屑作为金属材料标准物质。本发明通过控制金属材料样品切削的参数和走刀轨迹，使获取的切屑为均匀，无污染，无氧化的短屑，便于称重和溶解，提高了金属材料化学成分检测的准确度和检测效率。

Description

一种获取金属材料标准物质的工艺方法

技术领域

本发明属于金属材料化学成分分析检测领域，具体涉及一种获取金属材料标准物质的工艺方法。

背景技术

金属材料在人们生产生活及社会发展方面有着不可代替的作用，在研究金属材料理化性能时，常常会对金属材料的化学成分进行分析检测。金属材料标准物质目前广泛应用于化学成分分析检测领域，化学成分分析检测时，金属材料标准物质用于分析仪器检测做标准使用，需要对金属材料标准物质进行称重和溶解，使其将分析仪器进行校准，来提供对比使检测结果具有准确性。因此，获取金属材料标准物质对于化学成分分析至关重要，也对金属材料取标准物质的要求极高，需要长度为2mm～4mm的均匀、无污染、无氧化的短屑。

传统的机械加工设备都对切屑没有任何特殊要求，大都应用于零件的冷加工，没有对于化学成分分析检测所需短屑的独特工艺方法。在取延展性好的金属材料时，切屑常为带状屑，螺卷屑等不易断屑，而且切屑表面常被污染、氧化，不能满足金属材料对化学成分分析检测所需短屑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种获取金属材料标准物质的工艺方法。该工艺方法通过控制切削参数、切削的走刀轨迹和切屑的收集方法，实现了对金属材料的快速取样，并精准控制切屑的大小，使最终取得的切屑为长度均匀，无污染，无氧化的短屑，便于称重和溶解，节省人力，有利于提高金属材料化学成分检测结果的准确度和检测效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种获取金属材料标准物质的工艺方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、固定三爪卡盘于立式加工中心的工作台上，将金属材料样品装夹在三爪卡盘上并进行校平，再将收集器扣放在三爪卡盘的侧壁上，然后将立铣刀装夹在立式加工中心的主轴上，准备切削；

步骤二、设定切削的主轴转速为200r/min～400r/min，进给量为25mm/min～40mm/min，切削深度为0.5mm～0.8mm；

步骤三、找到金属材料样品的中心进行对刀，然后按照步骤二中设定的切削参数，从金属材料样品的边沿开始环形切削，每次环形切削完成后，连续向金属材料样品中心方向递进切削，直至金属材料样品的中心，切削过程中产生切屑；

步骤四、将步骤三中产生的切屑收集到收集器中，以该切屑作为金属材料标准物质。

本发明采用对金属材料样品切削的方式来获取金属材料标准物质，通过控制切削过程中的切削参数、切削的走刀轨迹和切屑的收集方法，实现了对金属材料样品的快速切削，使最终获取的金属材料标准物质切屑符合金属材料化学成分检测试验的要求标准；本发明设定的切削主轴转速为200r/min～400r/min，进给量为25mm/min～40mm/min，该切削速度较低，使切屑经过了较大的塑性形变，提高了切屑的硬度，降低了切屑的塑性和韧性，有利于促进断屑，避免产生带状屑，保证获取的切屑为长度均匀的短屑，便于标准物质样品的称重和溶解，同时，该切削速度下产生的切屑温度低，有效防止了切削高温引起的切屑氧化问题，也避免了高温引起金属材料燃烧带来的安全隐患问题；设置的切削主轴转速低、切削深度和切削进给量小，使切屑不易飞出，避免造成切屑的浪费和污染；本发明采用环形切削的走刀方式，立铣刀从金属材料样品的边沿开始环形切削，连续向内递进直至金属材料样品的中心，如此循环，直至取样完成，环形走刀切削的方式，切削过程中局部散热性好，避免了因局部切削热过高引起的氧化问题，同时，连续切削的方式，避免刀具骤热骤冷出现裂纹，延长立铣刀的使用寿命；采用本发明的工艺方法最终取得的金属材料标准物质切屑为长度均匀，无污染，无氧化的短屑，便于称重和溶解，节省人力，提高了金属材料化学成分检测的准确度和检测效率。

上述的工艺方法，其特征在于，步骤一中所述立铣刀的直径为4mm～6mm，材质为金属陶瓷或硬质合金。本发明采用直径为4mm～6mm的立铣刀，使切削出的切屑基本在2mm～4mm，符合化学检测用金属材料标准物质的尺寸要求，同时，便于根据切屑的尺寸大小来判断立铣刀的磨损情况；采用金属陶瓷或硬质合金材质的立铣刀，刀头硬度大，耐磨性高，避免给切屑中带来杂质元素或增加待取样金属元素的含量，避免了刀具对金属材料标准物质切屑的污染，有利于提高金属材料标准物质切屑的纯净度，从而提高检测结果的准确度，同时，金属陶瓷或硬质合金硬度高，耐磨性和耐热性优良，有利于延长刀具的使用寿命。

上述的工艺方法，其特征在于，步骤三中所述递进切削的行距为3mm～5mm。本发明将递进的行距设置为3mm～5mm，该行距小于立铣刀的直径4mm～6mm，使铣削完全，提高了铣削效率，也减少了毛刺掉落，节省金属材料。

上述的工艺方法，其特征在于，步骤四中所述收集过程采用的工具为立式加工中心主轴吹气管。本发明切削时设置的主轴转速低，切削深度和切削给进量小，切屑不易飞出，加工过程中，打开立式加工中心主轴吹气管，将三爪卡盘和金属材料样品表面的切屑吹扫至收集器中，对切削产生的切屑进行及时的不间断收集，避免了切屑的在金属材料样品表面的堆集，也避免了切屑与其他工具的直接接触，有效保持了金属材料标准物质切屑表面的纯净度；同时，加工时打开立式加工中心主轴吹气管，吹扫切屑的过程也降低了切削过程产生的切削热，进一步提高了刀具的使用寿命，也防止了金属材料标准物质切屑的氧化。

上述的工艺方法，其特征在于，所述收集器呈环形凹槽状，所述收集器由底板、内围板和外围板组成，所述内围板上端设置有套接件。本发明将收集器设置为环形凹槽状，扣放在三爪卡盘外侧壁更加贴合三爪卡盘的形状，内围板上端贴靠在三爪卡盘侧壁上，防止切屑散落到收集器外，造成切屑的污染和金属材料样品的浪费；在收集器内围板上端设置的套接件，使收集器通过套接件延伸至金属材料样品的侧面，扩大了收集器的收集范围，使切屑不经过三爪卡盘表面而直接沿着套接件侧壁落入收集器内，减小切屑污染；实际使用时，根据金属材料样品的尺寸，设置不同开口直径的套接件，使套接件贴靠在不同尺寸的金属材料样品侧面，从而适应更多规格尺寸的金属材料样品切屑的收集。

上述的工艺方式，其特征在于，所述金属材料样品的形状为圆柱形。本发明采用圆柱形的金属材料作为获取金属材料标准物质的样品，与三爪卡盘夹持部件的构造吻合度更高，使金属材料样品更加牢固的被夹持在三爪卡盘中，防止金属材料样品松动引起走刀偏移，避免影响到切屑的均匀度和切削效率，提高加工过程的安全性。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过控制切削参数，采用较低的切削速度，避免高温氧化现象，提高切屑硬度，促进断屑，使获取的切屑为长度均匀的短屑，便于金属材料标准物质样品的称重和溶解；设置的切削主轴转速较低，切削深度和切削进给量小，使切屑不易飞出，避免造成切屑的浪费和污染。

2、本发明的工艺方法通过选用不同的刀具材料，设置不同的切削参数，控制切削的走刀轨迹和标准物质切屑的收集方法，适用于不同金属材料的切削，实现对金属材料的快速取样，精准控制金属切屑的大小，最终取得的金属材料标准物质切屑长度均匀，无污染，无氧化，便于称重和溶解，节省人力，提高了金属材料化学成分检测的准确度和检测效率。

3、本发明采用环形切屑的工艺，切削过程中局部散热性好，避免了因局部切削热过高引起的切屑氧化问题；连续切削的方式，避免刀具骤热骤冷出现裂纹，延长立铣刀的使用寿命；通过控制切削进给的长度小于立铣刀的直径，使铣削完全，提高了铣削效率，减少毛刺掉落，节省了金属材料。

4、本发明采用直径为4mm～6mm的立铣刀，使切削产生的切屑基本在2mm～4mm，符合金属材料化学成分检测时的尺寸要求；采用金属陶瓷或硬质合金材质的立铣刀，刀头硬度大，耐磨性高，避免给切屑过程中带来杂质元素或增加待取样金属元素的含量，避免刀具对金属材料标准物质切屑的污染，提高了金属材料检测结果的准确性。

5、本发明使用立式加工中心主轴吹气管将三爪卡盘和金属材料样品表面的切屑吹扫至收集器中，对切屑进行不间断收集，避免了切屑的在金属材料样品表面的堆集，也避免了切屑与其他工具的直接接触，有效保持了金属材料标准物质切屑表面的纯净度；同时，使用立式加工中心主轴吹气管，降低了切削过程产生的切削热，进一步提高了刀具的使用寿命，也防止了金属材料标准物质切屑的氧化。

6、本发明通过在收集器的内围板上端设置套接件，使套接件的上沿与金属材料样品直接接触，保证切削过程中产生的切屑径沿着套接件的侧壁落入收集器内，避免了与三爪卡盘表面接触造成切屑污染，提高了金属材料检测结果的准确性。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明的工艺方法采用的装置示意图。

图2是本发明收集器的俯视图。

图3是图2中A-A处剖视图。

图4是本发明实施例中收集器的剖视图。

图5是本发明切削过程中立铣刀状态示意图。

图6是本发明环形切削的轨迹示意图。

附图标记说明:

1—立铣刀； 2—金属材料样品； 3—收集器；

3-1—底板； 3-2—内围板； 3-3—外围板；

4—三爪卡盘； 5—套接件。

具体实施方式

如图1所示，本发明获取金属材料标准物质的工艺方法采用的装置，包括三爪卡盘4和设置在三爪卡盘4外侧壁上的收集器3，收集器3是由底板3-1、内围板3-2和外围板3-2组成的环形凹槽，内围板3-2向内倾斜，内围板3-2的上端贴靠在三转卡盘4的侧壁上，外围板3-3向外倾斜，且外围板3-3的高度高于内围板3-2，金属材料样品2竖直装夹在三爪卡盘4的活动卡爪内，立铣刀1的刀头与金属材料样品2的上表面接触，立铣刀1的刀柄与金属材料样品2的上表面垂直；需要说明的是，图1中展示的为收集器3剖切后的部分结构，立铣刀1按图1中箭头指示的方向转动，从金属材料样品2的上表面边沿处开始切削。

如图2和图3所示，本发明的收集器3呈环形凹槽状，由底板3-1、内围板3-2和外围板3-3组成，内围板3-2向内倾斜，外围板3-3向外倾斜，外围板3-3的高度高于内围板3-2。

如图4所示，该结构是本发明收集器3在收集过程中的一种优选使用方式，在收集器3的内围板3-2上端再套接一个套接件5，套接件5为上口径小于下口径的圆筒，套接件5的下口径略大于收集器3的内围板3-2上端口径。

如图5所示，本发明切削过程中立铣刀1的刀杆方向与金属材料样品2上表面垂直，立铣刀1按照图中箭头指示的方向转动切削，图中“h”表示切削的深度。

如图6所示，本发明从金属材料样品2的边沿处开始下刀，按照图中箭头所指的方向由阿拉伯数字从小到大的顺序，连续向金属材料样品2的中心点方向环形切削。

实施例1

本实施例中选取的金属材料样品为直径150mm的圆柱形钛合金TA1；切削采用直径为6mm，材质为钨钴硬质合金，刀头为四刃平头的立铣刀；切削使用的立式加工中心设备型号为FVP-800A。

本实施例中获取金属材料标准物质的工艺方法包括以下步骤：

步骤一、将三爪卡盘4固定于立式加工中心的工作台上，将该钛合金TA1样品装夹在三爪卡盘4上并进行校平，再将收集器3的内围板3-2上端贴靠在三爪卡盘4的侧壁上，在收集器3的内围板3-2上端套接与圆柱形钛合金TA1样品直径相匹配的套接件5，然后将立铣刀1装夹在立式加工中心的主轴上，准备切削；

步骤二、设定切削的主轴转速为200r/min，进给量为25mm/min，切削深度为0.8mm；

步骤三、找到钛合金TA1样品的中心，并在样品表面轻微切削直到少量切屑产出，完成对刀，然后按照步骤二中设定的切削参数，从钛合金TA1样品上表面的边沿开始环形切削，每环切削完成后，连续向钛合金TA1样品的中心方向进给切削，每次递进的行距为5mm，直至钛合金TA1样品的中心，切削过程中得到钛合金TA1切屑；

步骤四、产生钛合金TA1切屑后，打开立式加工中心主轴吹气管，将钛合金TA1样品表面和三爪卡盘4上的切屑吹扫至收集器3中，收集得到钛合金TA1切屑。

采用本实施例1的方法最终得到的切屑为长度为3mm～4mm，均匀，无污染，无氧化，可作为钛合金TA1标准物质用于化学检测。

对比例1

本对比例与实施例1的不同之处在于，所设定的切削的主轴转速为450r/min，进给量为50mm/min。

采用本对比例1的方法最终得到的切屑长度为5mm～9mm，长度不符合2mm～4mm的要求，且本对比例制备的切屑非均匀短屑，切屑中有连续带状屑，且切屑表面微微发黄氧化，不可作为钛合金TA1标准物质用于化学检测。

实施例2

本实施例中选取的金属材料样品为直径150mm的圆柱形锆合金N18；切削采用直径为5mm，材质为金属陶瓷，刀头为四刃平头的立铣刀；切削使用的立式加工中心设备型号为FVP-800A。

本实施例中获取金属材料标准物质的工艺方法包括以下步骤：

步骤一、将三爪卡盘4固定于立式加工中心的工作台上，将该锆合金N18样品装夹在三爪卡盘4上并进行校平，再将收外侧壁集器3的内围板3-2上端贴靠在三爪卡盘4的侧壁上，在收集器3的内围板3-2上端套接与圆柱形锆合金N18样品直径相匹配的套接件5，然后将立铣刀1装夹在立式加工中心的主轴上，准备切削；

步骤二、设定切削的主轴转速为300r/min，进给量为36mm/min，切削深度h为0.6mm；

步骤三、找到锆合金N18样品的中心，并在样品表面轻微切削直到少量切屑产出，完成对刀，然后按照步骤二中设定的切削参数，从锆合金N18样品上表面的边沿开始环形切削，每环切削完成后，连续向锆合金N18样品的中心方向进给切削，每次进给的长度为4mm，直至锆合金N18样品的中心，切削过程中得到锆合金N18切屑；

步骤四、产生锆合金N18切屑后，打开立式加工中心主轴吹气管，将锆合金N18样品表面和三爪卡盘4上的切屑吹扫至收集器3中，收集得到锆合金N18切屑。

采用本实施例2的方法最终得到的切屑为长度为2mm～3mm，均匀，无污染，无氧化，可作为锆合金N18标准物质用于化学检测。

对比例2

本对比例与实施例2的不同之处在于，所设定的切削的主轴转速为500r/min，进给量为55mm/min。

采用本对比例2的方法最终得到的切屑长度为3mm～6mm，长度不符合2mm～4mm的要求，且本对比例制备的切屑非均匀短屑，切屑中有连续带状屑，且切屑表面微微发黄氧化，不可作为锆合金N18标准物质用于化学检测。

实施例3

本实施例中选取的金属材料样品为直径150mm的圆柱形铪合金H01；切削采用直径为4mm，材质为钨钴硬质合金，刀头为四刃平头的立铣刀；切削使用的立式加工中心设备型号为FVP-800A。

本实施例中获取金属材料标准物质的工艺方法包括以下步骤：

步骤一、将三爪卡盘4固定于立式加工中心的工作台上，将该铪合金H01样品装夹在三爪卡盘4上并进行校平，再将收集器3的内围板3-2上端贴靠在三爪卡盘4的侧壁上，在收集器3的内围板3-2上端套接与圆柱形铪合金H01样品直径相匹配的套接件5，然后将立铣刀1装夹在立式加工中心的主轴上，准备切削；

步骤二、设定切削的主轴转速为400r/min，进给量为40mm/min，切削深度h为0.5mm；

步骤三、找到铪合金H01样品的中心，并在样品表面轻微切削直到少量切屑产出，完成对刀，然后按照步骤二中设定的切削参数，从铪合金H01样品的上表面边沿开始环形切削，每环切削完成后，连续向铪合金H01样品的中心方向进给切削，每次进给的长度为3mm，直至铪合金H01样品的中心，切削过程中得到铪合金H01切屑；

步骤四、产生锆合金铪合金H01切屑后，打开立式加工中心主轴吹气管，将铪合金H01样品表面和三爪卡盘4上的切屑吹扫至收集器3中，收集得到锆合金N18切屑。

采用本实施例1的方法最终得到的切屑为长度为2mm～3mm，均匀，无污染，无氧化，可作为铪合金H01标准物质用于化学检测。

对比例3

本对比例与实施例3的不同之处在于，所设定的切削的主轴转速为100r/min，进给量为10mm/min。

采用本对比例3的方法最终得到的切屑长度为1mm～4mm，长度不符合2mm～4mm的要求，且切屑薄，有粉末状切屑，浪费金属材料样品，取样效率较低，不符合检测要求，也不可作为铪合金H01标准物质用于化学检测。

对比以上实施例1～实施例3及对比例1～对比例3取得的切屑可以得出，将切削的主轴转速设置在200r/min～400r/min，进给量为25mm/min～40mm/min时，所得的金属材料切屑长度在2mm～4mm，均匀，无氧化，无污染，可以做为金属材料标准物质切屑用于化学检测；而当切削的主轴转速和进给量较大时，会出现连续带状切屑，且切屑表面会出现微微氧化的现象，当切削的主轴转速和进给量较小时，一方面，切削效率低，另一方面，产生的切屑中会出现粉末状切屑，切屑较薄不均匀，造成对金属材料的浪费；因此，本发明设置的切削主轴转速和进给量，保证最终取得的金属材料切屑为长度均匀的短屑，切削表面无污染，无氧化，切削效率高，不会造成金属材料的浪费，取得的切屑可以作为金属材料标准物质用于化学检测。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种获取金属材料标准物质的工艺方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、固定三爪卡盘(4)于立式加工中心的工作台上，将金属材料样品(2)装夹在三爪卡盘(4)上并进行校平，再将收集器(3)扣放在三爪卡盘(4)的侧壁上，然后将立铣刀(1)装夹在立式加工中心的主轴上，准备切削；所述立铣刀(1)的直径为4mm～6mm，材质为金属陶瓷或硬质合金；所述收集器(3)呈环形凹槽状，所述收集器(3)由底板(3-1)、内围板(3-2)和外围板(3-3)组成，所述内围板(3-2)上端设置有套接件(5)；

步骤二、设定切削的主轴转速为200r/min～400r/min，进给量为25mm/min～40mm/min，切削深度为0.5mm～0.8mm；

步骤三、找到金属材料样品(2)的中心进行对刀，然后按照步骤二中设定的切削参数，从金属材料样品(2)的边沿开始环形切削，每次环形切削完成后，连续向金属材料样品(2)中心方向递进切削，直至金属材料样品(2)的中心，该切削过程中产生切屑；所述金属材料样品(2)为钛合金TA1、锆合金N18或铪合金H01；

步骤四、将步骤三中产生的切屑收集到收集器(3)中，以该切屑作为金属材料标准物质。

2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，步骤三中所述递进切削的行距为3mm～5mm。

3.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，步骤四中所述收集过程采用的工具为立式加工中心主轴吹气管。

4.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，步骤一中所述金属材料样品(2)的形状为圆柱形。

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