CN106217217B - 一种恒压力并自动校正消除划痕的精密金相研磨抛光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及打磨技术与金相分析领域，特指一种可以保持恒压力磨削状态并通过改变磨削角度校正消除划痕的试用于粗磨到精磨、粗抛光到精抛光整个过程的金相研磨抛光装置。其包括有工作台、研磨机构、检测***、自动校正***和冷却***。所述研磨机构包括旋转电机、联轴器与磨抛盘；所述检测***包括压力传感器与超声波检测探头以及数据采集器；自动校正***包括试样夹持装置、螺旋垂直移动装置、水平移动装置以及旋转机构；冷却***通过持续水流带走磨制试样时的热量和切削介质，以免影响制样精度。本发明可以随着试样的磨削量实时调整接触压力，使试样始终处于恒压力磨削状态；且可通过旋转机构调整试样磨削角度，对称消除磨削过程中产生的划痕。

Description

一种恒压力并自动校正消除划痕的精密金相研磨抛光装置
技术领域
本发明涉及打磨技术与金相分析领域，特指一种可以保持恒压力磨削状态并可以通过改变磨削角度校正消除划痕的试用于粗磨到精磨、粗抛光到精抛光整个过程的金相研磨抛光装置。
背景技术
金相显微分析是研究金属内部组织最重要的方法之一。用光学显微镜观察和研究金属内部组织的步骤，首先是制备所取试样的表面，然后选用合适的浸蚀剂试样表面，并用金相显微镜观察和研究试样表面组织。
试样表面比较粗糙时，由于对入射光产生漫反射，无法用显微镜观察其内部组织，因此要对试样表面加工，通常采用磨光和抛光的方法，从而得到光亮如镜的试样表面。这个表面在显微镜下只能看到白亮的一片而看不到其组织细节，因此必须采用合适的浸蚀剂对试样的表面进行浸蚀，使试样表面有选择性地溶解掉某些部分(如晶界)，从而呈现微小的凹凸不平，这些凹凸不平在光学显微镜的景深范围内可以显示出式样的组织形貌、大小和分布。
机械研磨抛光是指在一定的机械装置上，以相应的接触方式，并在一定的压力作用下，使试样待加工表面与高速运转的抛光轮接触并产生摩擦，最终将加工表面的余量逐渐磨除或抛磨光滑。机械研磨的过程中试样与磨抛盘之间的压力随着磨削量的变化而变化，很难实现恒压力磨削；试样表面的光滑程度以及划痕对金相组织的观察具有很大的影响，但是在采用磨抛盘磨削的过程中很难避免在试样表面产生圆弧状的划痕。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种恒压力并自动校正消除划痕的精密金相研磨抛光装置，包括有工作台、研磨机构、检测***、自动校正***和冷却***。
所述研磨机构包括旋转电机、联轴器与磨抛盘；旋转电机安装在工作台上，通过其上方的联轴器与磨抛盘连接，带动磨抛盘旋转。
所述检测***包括试样夹持装置处的压力传感器与磨抛盘表面处的超声波检测探头以及数据采集器，压力传感器和超声波检测探头分别与数据采集器连接，数据采集器接收压力传感器测得的试样与磨抛盘之间的接触压力以及超声波检测探头测得的金相砂纸或者抛光布磨损度。
自动校正***包括试样夹持装置、螺旋垂直移动装置、水平移动装置、旋转机构以及电机控制***；水平移动装置包括搭载平台、滑杆、滚珠丝杠、联轴器、第一步进电机和推杆；螺旋垂直移动装置通过螺栓将第二步进电机固定在上方的滑杆上，螺旋垂直移动装置下方安装有试样夹持装置，推杆将螺旋垂直移动装置与位于搭载平台上的滚珠丝杠的移动块连接在一起；滚珠丝杠通过联轴器与第一步进电机连接；滑杆的一侧安装固定在旋转轴上；滚珠丝杠通过搭载平台与旋转轴固定在一起，旋转机构安装在旋转轴底部并位于工作台上，旋转机构由旋转齿轮与第三步进电机组成，旋转齿轮固定在旋转轴上，在第三步进电机转子头部安装齿轮，使之与旋转齿轮啮合；数据采集器与计算机处理器连接，计算机处理器与电机控制***连接；电机控制***与各步进电机连接，实现试样在各个方向的运动调节；即通过电机控制***分别控制第一步进电机、第二步进电机以及第三步进电机分别控制水平移动装置、垂直移动装置和旋转机构运动，实现速度、磨削力以及磨削角度的相应变化。
螺旋垂直移动装置固定在滑杆上以满足水平方向的移动要求；螺旋垂直移动装置根据试样磨削量的变化实时调节试样与磨抛盘之间的接触压力，使其处于恒压力磨削状态。
冷却***通过持续水流带走磨制试样时的热量和切削介质，以免影响制样精度。
其技术方案为：磨抛盘表面放置金相砂纸或者抛光布并用压盘固定，将试样用试样夹持装置固定在磨抛盘上方，试样超出试样夹持装置底面1mm；调整螺旋垂直移动装置，使试样与磨抛表面接触，压力传感器测得的试样与磨抛表面之间的接触压力通过数据采集器传输到计算机处理器，处理器对数据进行处理后传送给电机控制***，通过控制第二步进电机调节试样与金相砂纸之间的接触压力，即随着试样的磨削量实时调整接触压力，使试样始终处于恒压力磨削状态。
滚珠丝杠装置通过搭载平台与旋转轴固定在一起，第一步进电机通过联轴器与滚珠丝杠相连，推杆将螺旋垂直移动装置与滚珠丝杠的移动块连接在一起，螺旋垂直移动装置通过紧固螺栓将第二步进电机固定在滑杆上，紧固螺栓规格为M8×45，通过控制第一步进电机的运转带动滚珠丝杠中的移动块以及推杆做横向运动，从而实现试样水平方向的移动并获得不同的磨削速度。
旋转机构安装在旋转轴底部，旋转轴半径为14mm，长度为300mm，旋转机构中空直径为28mm，容许转矩0.9N.m，容许转速200r/min；旋转齿轮固定在旋转轴上，在第三步进电机转子头部安装齿轮，使之与旋转齿轮啮合，通过控制第三步进电机的转动带动旋转轴的转动；试样夹持装置在螺旋垂直移动装置以及水平移动装置的约束下随着旋转轴的转动而转动，从而可以实现试样磨削角度的改变，试样表面产生随着磨削角度逐渐变化的划痕，角度的对称变化可以使试样表面的划痕之间产生对称消除，大大减少划痕的数量。
冷却***安装在磨抛盘右侧，通过持续水流带走磨制试样时的热量和切削介质，从而提高制样精度；超声波检测探头安装在磨抛盘表面上方5mm处，金相砂纸或者抛光布磨损量过大时发出信号提示更换。
本发明的有益效果：本发明提供了一套适用于从粗磨到精磨，从粗抛到精抛的金相研磨抛光装置，该装置可以随着试样的磨削量实时调整接触压力，使试样始终处于恒压力磨削状态，且可通过旋转机构调整试样磨削角度，对称消除磨削过程中产生的划痕。
附图说明
图1为本发明精密金相研磨抛光装置结构原理图。
图2为本发明新型螺旋垂直移动装置结构示意图。
图3为本发明新型水平移动装置结构示意图。
图4为本发明新型划痕校正消除原理图。
图中：1.工作台，2.旋转电机，3.联轴器，4.磨抛盘，5.冷却***，6.超声波检测探头，7.压力传感器，8.数据采集器，9.计算机处理器，10.电机控制***，11.滑杆，12.紧固螺栓，13.第二步进电机，14.螺旋垂直移动装置，15.试样夹持装置，16.推杆，17.滚珠丝杠，18.联轴器，19.紧固螺栓，20.第一步进电机，21.旋转机构，22.第三步进电机，23.旋转轴。
具体实施方式
下面结合附图与实例对本发明作进一步详细说明。
一种恒压力并自动校正消除划痕的精密金相研磨抛光装置，包括有工作台1、研磨机构、检测***、自动校正***和冷却***5。
所述研磨机构包括旋转电机2、联轴器3与磨抛盘4。
所述检测***包括试样夹持装置15处的压力传感器7与磨抛盘4表面处超声波检测探头6以及数据采集器8，数据采集器8接收压力传感器7测得的试样与磨抛表面之间的接触压力以及超声波检测探头6测得的金相砂纸或者抛光布磨损度。
自动校正***包括试样夹持装置15、螺旋垂直移动装置14、水平移动装置以及旋转机构21。
冷却***5通过持续水流带走磨制试样时的热量和切削介质，以免影响制样精度。
选取AZ31B镁合金作为金相实验研究对象，将镁合金制成20mm×10mm×3mm的块状磨抛试样；在磨抛盘表面放置粒度为500#的金相砂纸并用压盘固定，将镁合金试样用试样夹持装置15固定在磨抛盘4上方，试样超出试样夹持装置15底面1mm；调整螺旋垂直移动装置14，使试样与磨抛表面接触，压力传感器7测得的试样与磨抛表面之间的接触压力通过数据采集器8传输到计算机处理器9，计算机处理器9对数据进行处理后传送给电机控制***10，通过控制第二步进电机13调节试样与金相砂纸之间的接触压力始终保持在200N。
滚珠丝杠17通过搭载平台与旋转轴23固定在一起，第一步进电机20通过联轴器18与滚珠丝杠17相连，推杆16将螺旋垂直移动装置14与滚珠丝杠17的移动块连接在一起，螺旋垂直移动装置14通过紧固螺栓12将第二步进电机13固定在滑杆11上，紧固螺栓规格为M8×45，通过控制第一步进电机20的运转带动滚珠丝杠17中的移动块以及推杆16做横向运动，从而实现试样水平方向的移动并获得不同的磨削速度，先将试样放在磨抛盘1/4半径处进行初磨，然后在水平移动装置的控制下逐渐移动到1/2半径处进行磨抛，实现磨削速度逐渐增大的过程，避免初始磨削速度过大引起磨削力过大，试样表面磨削不稳定。
旋转机构21安装在旋转轴23底部，旋转轴23半径为14mm，长度为300mm，旋转机构21中空直径为28mm，使用深沟滚珠轴承，容许转矩0.9N.m，容许转速200r/min；在第三步进电机22转子头部安装齿轮，使之与旋转齿轮啮合，旋转齿轮与旋转轴固定在一起，通过控制第三步进电机22的转动带动旋转轴的转动；试样夹持装置15在垂直移动装置14以及水平移动装置17的约束下随着旋转轴23转动，从而可以实现试样磨削角度的改变，试样表面产生随着磨削角度逐渐变化的划痕，角度的对称变化可以使试样表面的划痕之间产生对称消除，大大减少划痕的数量。
冷却***5安装在磨抛盘右侧，通过持续水流带走磨制试样时的热量和切削介质，从而提高制样精度；超声波检测装置7安装在磨抛盘4表面上方5mm处，金相砂纸或者抛光布磨损量过大时发出信号提示更换。
粗磨结束后分别更换粒度为800#、1500#和2000#的金相砂纸，实现镁合金从粗磨到精磨的过程；更换抛光布，使用不同的抛光剂2.5～0.5μm对镁合金试样进行由粗抛到精抛的过程，最终获得高质量的金相表面。

Claims (6)

1.一种恒压力并自动校正消除划痕的精密金相研磨抛光装置，其特征在于：所述装置包括有工作台、研磨机构、检测***和自动校正***；
所述研磨机构包括旋转电机、联轴器与磨抛盘；旋转电机安装在工作台上，通过其上方的联轴器与磨抛盘连接，带动磨抛盘旋转；
所述检测***包括试样夹持装置处的压力传感器与磨抛盘表面处的超声波检测探头以及数据采集器，压力传感器和超声波检测探头分别与数据采集器连接，数据采集器接收压力传感器测得的试样与磨抛盘之间的接触压力以及超声波检测探头测得的金相砂纸或者抛光布磨损度；
自动校正***包括试样夹持装置、螺旋垂直移动装置、水平移动装置、旋转机构以及电机控制***；水平移动装置包括搭载平台、滑杆、滚珠丝杠、联轴器、第一步进电机和推杆；螺旋垂直移动装置通过螺栓将第二步进电机固定在上方的滑杆上，螺旋垂直移动装置下方安装有试样夹持装置，推杆将螺旋垂直移动装置与位于搭载平台上的滚珠丝杠的移动块连接在一起；滚珠丝杠通过联轴器与第一步进电机连接；滑杆的一侧安装固定在旋转轴上；滚珠丝杠通过搭载平台与旋转轴固定在一起，旋转机构安装在旋转轴底部并位于工作台上，旋转机构由旋转齿轮与第三步进电机组成，旋转齿轮固定在旋转轴上，在第三步进电机转子头部安装齿轮，使之与旋转齿轮啮合；数据采集器与计算机处理器连接，计算机处理器与电机控制***连接；电机控制***与各步进电机连接，实现试样在各个方向的运动调节。
2.如权利要求1所述的一种恒压力并自动校正消除划痕的精密金相研磨抛光装置，其特征在于：还设有冷却***，冷却***安装在磨抛盘右侧，通过持续水流带走磨制试样时的热量和切削介质，以免影响制样精度；超声波检测探头安装在磨抛盘表面上方5mm处。
3.如权利要求1所述的一种恒压力并自动校正消除划痕的精密金相研磨抛光装置，其特征在于：磨抛盘表面放置金相砂纸或者抛光布并用压盘固定，将试样用试样夹持装置固定在磨抛盘上方，试样超出试样夹持装置底面1mm；调整螺旋垂直移动装置，使试样与磨抛表面接触，压力传感器测得的试样与磨抛表面之间的接触压力通过数据采集器传输到计算机处理器，处理器对数据进行处理后传送给电机控制***，通过控制第二步进电机调节试样与金相砂纸或抛光布之间的接触压力，即随着试样的磨削量实时调整接触压力，使试样始终处于恒压力磨削状态。
4.如权利要求1所述的一种恒压力并自动校正消除划痕的精密金相研磨抛光装置，其特征在于：通过控制第一步进电机的运转带动滚珠丝杠中的移动块以及推杆做横向运动，从而实现试样水平方向的移动并获得不同的磨削速度。
5.如权利要求1所述的一种恒压力并自动校正消除划痕的精密金相研磨抛光装置，其特征在于：旋转轴半径为14mm，长度为300mm，旋转机构中空直径为28mm，使用深沟滚珠轴承，容许转矩0.9N.m，容许转速200r/min；通过控制第三步进电机的转动带动旋转轴的转动；试样夹持装置在螺旋垂直移动装置以及水平移动装置的约束下随着旋转轴的转动而转动，从而可以实现试样磨削角度的改变，试样表面产生随着磨削角度逐渐变化的划痕，角度的对称变化可以使试样表面的划痕之间产生对称消除，大大减少划痕的数量。
6.如权利要求1所述的一种恒压力并自动校正消除划痕的精密金相研磨抛光装置，其特征在于：第一、第二和第三的步进电机长度39mm，电机静力矩8500mNm，电流5.5A；所述磨抛盘的旋转电机长度68mm，电机力矩26460mNm，功率为40w。
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