CN209737303U - 一种沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，包括底座、试件固定机构、摩擦棒、摩擦棒限位机构和驱动机构，试件固定于试件固定机构上，摩擦棒通过摩擦棒限位机构调整与试件的相对位置并固定，最后启动驱动机构对试件的缺口进行抛光；本实用新型结构简单，操作方便，采用电动机驱动摩擦棒，实现了沿试件厚度方向对缺口表面的快速高效抛光，可获得高质量的符合金相观测级别的缺口表面，以便在试验中研究材料微观结构对小裂纹行为的影响。

Description

一种沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置

技术领域

本实用新型属于金属试件表面机械抛光技术领域，特别涉及一种沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置。

背景技术

疲劳断裂是机械机构在服役过程中主要的失效形式之一，大量研究结果表明，金属构件的大部分疲劳寿命消耗在小裂纹的萌生和扩展阶段。小裂纹存在明显不同于长裂纹的扩展特性，即：在长裂纹门槛应力强度因子以下，小裂纹仍然可以扩展；在相同应力强度因子范围下，小裂纹的扩展速率比长裂纹高得多。因此，如果直接采用长裂纹扩展数据对含有小裂纹的构件设计中，将会导致对疲劳寿命的过高估计。为了得到更加准确的疲劳寿命预测方法，必须通过小裂纹扩展试验揭示材料的小裂纹萌生和扩展机理。

小裂纹扩展试验比长裂纹试验更复杂耗时，目前多采用原位扫描电镜法和表面复型法观测小裂纹行为。原位扫描电镜法分辨率高，但由于其观测范围小，较难捕捉到小裂纹的早期萌生和扩展行为，因此表面复型法仍是当前应用最广泛的小裂纹观测方法，该方法也是金属材料疲劳小裂纹扩展速率试验标准ASTMSTP1149、ASTME647-95a及HB7705-2001等推荐的方法。表面复型法大多采用带有单边缺口的平板试件，对试件表面尤其是缺口表面状态有很高的要求。近年来，许多学者在研究中对试件缺口进行了金相腐蚀，以获得缺口表面的金相组织，研究材料微观结构对小裂纹行为的影响。这要求缺口表面不仅要去除加工划痕等缺陷，还需进一步达到符合金相观测级别的光亮镜面效果。

一般的磨抛机无法完成抛光缺口的要求，现有研究中多采用手动磨抛，通常先将砂纸缠绕在一个直径略小于缺口直径的圆棒上，然后对缺口进行抛光。该方法既费时费力，且很难保证平行试件缺口表面的一致性。在金相抛光时，一般先采用目数较大的砂纸沿一定方向磨抛材料表面，然后采用目数较小的砂纸沿与上一步磨抛方向垂直的方向进行磨抛，当上一步磨抛留下的较粗的磨痕完全消失，新的较细的磨痕与当前磨抛方向一致时，再采用目数更小的砂纸沿与磨痕垂直方向磨抛，如此反复，直至缺口表面达到镜面效果。中国专利CN205703664U《试样缺口抛光机》中公开了抛光缺口的装置，但该装置只能沿平板试件长度方向进行抛光，不能沿试件厚度方向抛光缺口，仍无法满足金相腐蚀对材料表面的要求。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，该装置可以弥补现有技术中仅能沿试件长度方向抛光缺口的不足，结构简单、操作方便，能够快速高效地沿试件厚度方向抛光缺口表面，获得高质量的符合金相观测级别的表面，以便在试验中研究材料微观结构对小裂纹行为的影响。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，包括底座、试件固定机构、摩擦棒、摩擦棒限位机构和驱动机构，

所述试件固定机构包括对称安装于底座上固定试件的第一试件固定台和第二试件固定台，所述第一试件固定台上可拆卸式安装有第一活动夹持片夹持住试件的一端，所述第二试件固定台上可拆卸式安装有第二活动夹持片夹持住试件的另一端；

所述摩擦棒包括圆棒和包裹于圆棒外壁上的砂纸；

所述摩擦棒限位机构包括依次安装于底座上的第二支撑架、第一支撑架、和压紧块，所述第一支撑架和第二支撑架位于试件轴向的两侧，所述压紧块面向试件的一面上设置有内部嵌有压缩弹簧的套筒；所述摩擦棒固定于第一支撑架和第二支撑架上，且圆棒上包裹有砂纸的部分落入试件顶面的缺口内；

所述驱动机构包括安装于底座上的电动机和连接在电动机转轴上的偏心轮；

所述圆棒一端的端部与偏心轮接触，圆棒另一端的端部插入套筒抵住压缩弹簧；所述摩擦棒和试件相互垂直。

作为上述技术的一个优选方案，所述摩擦棒限位机构还包括螺纹杆、螺纹杆支撑架和手轮，所述螺纹杆的一端依次穿过螺纹杆支撑架和压紧块上的螺纹孔，螺纹杆的另一端连接手轮；所述压紧块的底部设置有导轨，所述导轨安装于第一支撑架和螺纹杆支撑架之间的底座上。

作为上述技术的一个优选方案，所述第一试件固定台的外侧设置有两个条形通孔，两个第一夹紧螺栓穿过两个条形通孔将第一活动夹持片安装在试件固定台上；所述第二试件固定台的外侧设置有两个条形通孔，两个第二夹紧螺栓穿过两个条形通孔将第二活动夹持片安装在第二试件固定台上；所述试件的一端夹持于第一试件固定台的背板和第一活动夹持片之间，试件的另一端夹持于第二试件固定台的背板和第二活动夹持片之间。

作为上述技术的一个优选方案，分别设置于第一支撑架和第二支撑架顶面的半圆柱体凹槽和试件顶面的缺口位于同一条直线上。

作为上述技术的一个优选方案，所述第一支撑架的顶部设置有第一压紧片，圆棒落入第一支撑架顶面的半圆柱体凹槽，第一压紧片压住圆棒，圆棒轴向的两端分别通过一个第一锁紧螺栓固定第一压紧片和第一支撑架；所述第二支撑架的顶部设置有第二压紧片，圆棒落入第二支撑架顶面的半圆柱体凹槽，第二压紧片压住圆棒，圆棒轴向的两端分别通过一个第二锁紧螺栓固定第二压紧片和第二支撑架。

作为上述技术的一个优选方案，所述第一压紧片和第一支撑架形成的圆柱体空腔的直径大于圆棒的直径。

作为上述技术的一个优选方案，所述第二压紧片和第二支撑架形成的圆柱体空腔的直径大于圆棒的直径。

作为上述技术的一个优选方案，所述砂纸沿圆棒圆周方向缠绕两周并通过胶水粘贴在圆棒上。

作为上述技术的一个优选方案，包裹有砂纸的圆棒直径小于试件顶面缺口的直径。

作为上述技术的一个优选方案，所述套筒为圆柱体，所述压缩弹簧的自然长度小于套筒的长度，压缩弹簧的外径略小于套筒的内径，压缩弹簧的内径大于圆棒直径。

作为上述技术的一个优选方案，所述偏心轮侧面厚度大于圆棒直径。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型采用试件固定台和活动夹持片对试件进行固定，能够固定不同厚度的试件或同时固定多个试件，可实现对试件的批量磨抛；

2、本实用新型将砂纸缠绕在圆棒上对试件磨抛，可便捷地更换不同目数的砂纸，对试件进行不同级别的抛光，成本较低；

3、本实用新型结构简单，操作方便，采用电动机驱动摩擦棒，避免了常规手动抛光缺口的低效，弥补了现有技术中仅能沿试样长度方向抛光缺口的不足，实现了沿试件厚度方向对缺口表面的快速高效抛光，可获得高质量的符合金相观测级别的缺口表面，以便在试验中研究材料微观结构对小裂纹行为的影响。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图2的A部套筒剖视图；

图4为图1的左视图；

图中：1-底座、2-试件、3a-第一试件固定台、3b-第二试件固定台、4a-第一活动夹持片、4b-第二活动夹持片、5a-第一夹紧螺栓、5b-第二夹紧螺栓、6a-第一支撑架、6b-第二支撑架、7a-第一压紧片、7b-第二压紧片、8a-第一锁紧螺栓、8b-第二锁紧螺栓、9-圆棒、10-砂纸、11-压紧块、12-导轨、13-螺纹杆、14-螺纹杆支撑架、15-手轮、16-套筒、17-压缩弹簧、18-电动机、19-偏心轮。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作更进一步的说明。

如图1-4所示，一种沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，包括底座、试件固定机构、摩擦棒、摩擦棒限位机构和驱动机构，所述试件固定机构包括对称安装于底座1上固定试件2的第一试件固定台3a和第二试件固定台3b，所述第一试件固定台3a上可拆卸式安装有第一活动夹持片4a夹持住试件2的一端，所述第二试件固定台3b上可拆卸式安装有第二活动夹持片4b夹持住试件2的另一端；所述摩擦棒包括圆棒9和包裹于圆棒9外壁上的砂纸10；所述摩擦棒限位机构包括依次安装于底座1上的第二支撑架6b、第一支撑架6a、和压紧块11，所述第一支撑架6a和第二支撑架6b位于试件2轴向的两侧，所述压紧块11面向试件2的一面上设置有内部嵌有压缩弹簧17的套筒16；所述摩擦棒固定于第一支撑架6a和第二支撑架6b上，且圆棒9上包裹有砂纸10的部分落入试件2顶面的缺口内；所述驱动机构包括安装于底座1上的电动机18和连接在电动机18转轴上的偏心轮19；所述圆棒9一端的端部与偏心轮19接触，圆棒9另一端的端部插入套筒16抵住压缩弹簧17；所述摩擦棒和试件2相互垂直。

所述摩擦棒限位机构还包括螺纹杆13、螺纹杆支撑架14和手轮15，所述螺纹杆13的一端依次穿过螺纹杆支撑架14和压紧块11上的螺纹孔，螺纹杆13的另一端连接手轮15；所述压紧块11的底部设置有导轨12，所述导轨12安装于第一支撑架6a和螺纹杆支撑架14之间的底座1上。

所述第一试件固定台3a的外侧设置有两个条形通孔，两个第一夹紧螺栓5a穿过两个条形通孔将第一活动夹持片4a安装在试件固定台3上；所述第二试件固定台3b的外侧设置有两个条形通孔，两个第二夹紧螺栓5b穿过两个条形通孔将第二活动夹持片4b安装在第二试件固定台3b上；所述试件2的一端夹持于第一试件固定台3a的背板和第一活动夹持片4a之间，试件2的另一端夹持于第二试件固定台3b的背板和第二活动夹持片4b之间。

分别设置于第一支撑架6a和第二支撑架6b顶面的半圆柱体凹槽和试件2顶面的缺口位于同一条直线上；所述第一支撑架6a的顶部设置有第一压紧片7a，圆棒9落入第一支撑架6a顶面的半圆柱体凹槽，第一压紧片7a压住圆棒9，圆棒9轴向的两端分别通过一个第一锁紧螺栓8a固定第一压紧片7a和第一支撑架6a；所述第二支撑架6b的顶部设置有第二压紧片7b，圆棒9落入第二支撑架6b顶面的半圆柱体凹槽，第二压紧片7b压住圆棒9，圆棒9轴向的两端分别通过一个第二锁紧螺栓8b固定第二压紧片7b和第二支撑架6b。

所述第一压紧片7a和第一支撑架6a形成的圆柱体空腔的直径大于圆棒9的直径；所述第二压紧片7b和第二支撑架6b形成的圆柱体空腔的直径大于圆棒9的直径。

所述砂纸10沿圆棒9圆周方向缠绕两周并通过胶水粘贴在圆棒9上；包裹有砂纸10的圆棒9直径小于试件2顶面缺口的直径。

所述套筒16为圆柱体，所述压缩弹簧17的自然长度小于套筒16的长度，压缩弹簧17的外径略小于套筒16的内径，压缩弹簧17的内径大于圆棒9直径；所述偏心轮19侧面厚度大于圆棒9直径。

本实用新型的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、取待磨抛的试件2，缺口朝上，将试件2的两端分别放置在第一试件固定台3a和第二试件固定台3b上，试件2表面紧贴第一试件固定台3a和第二试件固定台3b的内侧壁及背板；

步骤2、将第一活动夹持片4a和第二活动夹持片4b贴紧试件2表面后，旋紧第一夹紧螺栓5a和第二夹紧螺栓5b，将试件2固定在第一试件固定台3a和第二试件固定台3b上；

步骤3、在圆棒9中间位置沿其圆周方向用砂纸10缠绕两周，并通过胶水粘贴固定，得到摩擦棒；

步骤4、将摩擦棒放置在第一支撑架6a和第二支撑架6b上，使粘贴有砂纸10的部分落于试件2缺口内；

步骤5、将第一压紧片7a放在第一支撑架6a上，旋紧第一锁紧螺栓8a；将第二压紧片7b放在第二支撑架6b上，旋紧第二锁紧螺栓8b，使摩擦棒不会发生上下跳动；

步骤6、转动手轮15，通过螺纹杆13将压紧块11旋进至合适位置，即摩擦棒的一端与自然状态下的压缩弹簧17接触时，摩擦棒的另一端能与偏心轮19侧面距转轴最近点接触；

步骤7、启动电动机18，带动偏心轮19旋转，从而驱动摩擦棒对试件2的缺口处进行抛光。

作为上述技术的一个优选方案，所述步骤1中，放置在第一试件固定台3a和第二试件固定台3b上的试件2数量为任一数目，如一个、两个或更多个；具体地讲，每多一个试件2，则需要增加一组第一活动夹持片4a、第一夹紧螺栓5a、第二活动夹持片4b和第二夹紧螺栓5b，新一个试件2的背面贴于上一个第一活动夹持片4a和第二活动夹持片4b的背面，装载新的一组第一活动夹持片4a和第二活动夹持片4b紧贴于新一个试件2的正面，再安装新一族第一夹紧螺栓5a和第二夹紧螺栓5。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，包括底座、试件固定机构、摩擦棒、摩擦棒限位机构和驱动机构，其特征在于：

所述试件固定机构包括对称安装于底座（1）上固定试件（2）的第一试件固定台（3a）和第二试件固定台（3b），所述第一试件固定台（3a）上可拆卸式安装有第一活动夹持片（4a）夹持住试件（2）的一端，所述第二试件固定台（3b）上可拆卸式安装有第二活动夹持片（4b）夹持住试件（2）的另一端；

所述摩擦棒包括圆棒（9）和包裹于圆棒（9）外壁上的砂纸（10）；

所述摩擦棒限位机构包括依次安装于底座（1）上的第二支撑架（6b）、第一支撑架（6a）、和压紧块（11），所述第一支撑架（6a）和第二支撑架（6b）位于试件（2）轴向的两侧，所述压紧块（11）面向试件（2）的一面上设置有内部嵌有压缩弹簧（17）的套筒（16）；所述摩擦棒固定于第一支撑架（6a）和第二支撑架（6b）上，且圆棒（9）上包裹有砂纸（10）的部分落入试件（2）顶面的缺口内；

所述驱动机构包括安装于底座（1）上的电动机（18）和连接在电动机（18）转轴上的偏心轮（19）；

所述圆棒（9）一端的端部与偏心轮（19）接触，圆棒（9）另一端的端部插入套筒（16）抵住压缩弹簧（17）；所述摩擦棒和试件（2）相互垂直。

2.根据权利要求1所述的沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，其特征在于：所述摩擦棒限位机构还包括螺纹杆（13）、螺纹杆支撑架（14）和手轮（15），所述螺纹杆（13）的一端依次穿过螺纹杆支撑架（14）和压紧块（11）上的螺纹孔，螺纹杆（13）的另一端连接手轮（15）；所述压紧块（11）的底部设置有导轨（12），所述导轨（12）安装于第一支撑架（6a）和螺纹杆支撑架（14）之间的底座（1）上。

3.根据权利要求1所述的沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，其特征在于：所述第一试件固定台（3a）的外侧设置有两个条形通孔，两个第一夹紧螺栓（5a）穿过两个条形通孔将第一活动夹持片（4a）安装在试件固定台（3）上；

所述第二试件固定台（3b）的外侧设置有两个条形通孔，两个第二夹紧螺栓（5b）穿过两个条形通孔将第二活动夹持片（4b）安装在第二试件固定台（3b）上；

所述试件（2）的一端夹持于第一试件固定台（3a）的背板和第一活动夹持片（4a）之间，试件（2）的另一端夹持于第二试件固定台（3b）的背板和第二活动夹持片（4b）之间。

4.根据权利要求1所述的沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，其特征在于：分别设置于第一支撑架（6a）和第二支撑架（6b）顶面的半圆柱体凹槽和试件（2）顶面的缺口位于同一条直线上。

5.根据权利要求4所述的沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，其特征在于：所述第一支撑架（6a）的顶部设置有第一压紧片（7a），圆棒（9）落入第一支撑架（6a）顶面的半圆柱体凹槽，第一压紧片（7a）压住圆棒（9），圆棒（9）轴向的两端分别通过一个第一锁紧螺栓（8a）固定第一压紧片（7a）和第一支撑架（6a）；

所述第二支撑架（6b）的顶部设置有第二压紧片（7b），圆棒（9）落入第二支撑架（6b）顶面的半圆柱体凹槽，第二压紧片（7b）压住圆棒（9），圆棒（9）轴向的两端分别通过一个第二锁紧螺栓（8b）固定第二压紧片（7b）和第二支撑架（6b）。

6.根据权利要求5所述的沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，其特征在于：所述第一压紧片（7a）和第一支撑架（6a）形成的圆柱体空腔的直径大于圆棒（9）的直径；

所述第二压紧片（7b）和第二支撑架（6b）形成的圆柱体空腔的直径大于圆棒（9）的直径。

7.根据权利要求1所述的沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，其特征在于：所述砂纸（10）沿圆棒（9）圆周方向缠绕两周并通过胶水粘贴在圆棒（9）上。

8.根据权利要求7所述的沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，其特征在于：包裹有砂纸（10）的圆棒（9）直径小于试件（2）顶面缺口的直径。

9.根据权利要求1所述的沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，其特征在于：所述套筒（16）为圆柱体，所述压缩弹簧（17）的自然长度小于套筒（16）的长度，压缩弹簧（17）的外径小于套筒（16）的内径，压缩弹簧（17）的内径大于圆棒（9）直径。

10.根据权利要求1所述的沿平板试件厚度方向抛光缺口的装置，其特征在于：所述偏心轮（19）侧面厚度大于圆棒（9）直径。