一種劃傷模擬實驗機及其使用方法

2023-07-10 18:47:31 1

專利名稱：一種劃傷模擬實驗機及其使用方法
技術領域：
本發明涉及劃傷模擬裝置，具體為一種劃傷模擬實驗機及其使用方法。
背景技術：
建築、機械、核工業等眾多領域都會涉及到劃傷對金屬或合金結材料或結構件性 能的影響，結構材料服役性能的好壞是設備能否安全運行的關鍵方面。劃傷可以造成材料 內表面或外表面缺陷，而缺陷的出現嚴重改變了整個結構件的力學性質和服役壽命。為了測試材料在出現表面劃傷後的性能，能夠有效模擬劃傷的實驗裝置成為迫切 的需要。在現有技術中，製造劃傷或測試單層或多層膜的力學特性的設備常為微米劃痕儀 或納米劃痕儀。這些設備的出現的確為測試局部或更微觀位置的材料性能提供了很大的幫 助。但是，納米或微米劃痕儀操作複雜且價格昂貴，後期的維護費用很高。這些設備不能做 出宏觀尺度的劃痕，很難滿足模擬劃傷的要求。

發明內容
本發明的目的是提供一種可以模擬劃傷的低成本，操作簡單易行，高準度的實驗 裝置——劃傷模擬實驗機及其使用方法，解決現有技術中存在的操作複雜且價格昂貴， 不能做出宏觀尺度的劃痕，很難滿足模擬劃傷的要求等問題。它可以用於設備或材料在不 同劃傷條件下的力學性能測試和研究，以及用於不同材料在劃傷條件下的腐蝕性能的測試 和研究。本發明的技術方案是一種劃傷模擬實驗機，該實驗機主要設有變頻器、直進電機、螺旋測微器、錐形頭、 控距螺栓、試樣臺和主支撐，直進電機、螺旋測微器和控距螺栓均固定在主支撐上，在螺旋 測微器上安裝與試樣臺上的試樣相對應的錐形頭，直進電機上的導航棒與試樣臺連接，直 進電機的輸入端直接與變頻器的輸出端相連；在試樣臺上設有與試樣連接、推動試樣做垂 直於試樣臺運動方向移動的控距螺栓。所述的劃傷模擬實驗機，在試樣臺上設有用於固定試樣的可移動卡片。所述的劃傷模擬實驗機，所述螺旋測微器採用數顯螺旋測微器。所述的劃傷模擬實驗機，試樣臺放置於主支撐的燕尾槽形導軌中，試樣臺在導軌 中的運行方向和運行速度與導航棒同步。所述的劃傷模擬實驗機，試樣臺與導航棒的連接方式是通過連接件連接，連接件 的縱截面為直角形，連接件的一邊通過螺栓I與導航棒連接，連接件的另一邊通過螺栓II 與試樣臺連接。所述的劃傷模擬實驗機，錐形頭與螺旋測微器通過鎖緊裝置鎖緊，鎖緊裝置包括 卡箍、頂絲I和頂絲II，卡箍為筒形結構，在卡箍側面安裝可伸至卡箍內的頂絲I和頂絲 II，頂絲I和頂絲II分別與卡箍通過螺紋連接；螺旋測微器一端設有柱形杆，錐形頭與柱形 杆相對設置，卡箍套在錐形頭與柱形杆外側，頂絲I對應於柱形杆的側面，頂絲II對應於錐形頭的側面，通過頂絲I鎖緊柱形杆，通過頂絲II鎖緊錐形頭。所述的劃傷模擬實驗機，錐形頭由特殊的硬質材料製成，硬質材料包括YG8、YG12 或 YG15。所述的劃傷模擬實驗機的使用方法，利用該劃傷實驗機製造人工劃痕，具體的操 作如下(1)選擇合適形狀的錐形頭，通過鎖緊裝置將錐形頭與螺旋測微器連接並固定在 一起；(2)將試樣固定於試樣臺上；(3)將電源插頭連接於供電電源，調節變頻器的調頻旋鈕，將輸出頻率控制到 0. 01-50Hz ；(4)設置錐形頭位置零點；(5)設定劃痕深度；(6)製造劃痕按下變頻器的「正向」按鈕，直進電機帶動試樣臺前進；當試樣經過 錐形頭後，表面留下預設深度的劃痕；(7)通過控距螺栓移動試樣，重複以上動作，得到一條同樣特徵的劃痕；旋轉控距 螺栓同樣的角度，得到的是一系列等距離的劃痕。所述的劃傷模擬實驗機的使用方法，所這步驟(4)中，設置錐形頭位置零點的過 程如下首先，旋轉螺旋測微器使之帶動錐形頭向上移動，以防錐形頭在調零之前碰到試 樣；然後，按變頻器的「正向」按鍵，把試樣移動到錐形頭的正下方，調節螺旋測微器，在錐形 頭剛剛接觸試樣到表面停止調節；接著，按螺旋測微器的Zero按鍵，屏幕上的數字顯示為 0，這就設置好了錐形頭的位置零點。所述的劃傷模擬實驗機的使用方法，所這步驟(5)中，設定劃痕深度的過程如下在設置好位置零點後，將螺旋測微器調整，使錐形頭離開試樣表面；然後，按變頻 器的「逆向」按鍵，使試樣離開錐形頭中心1 3釐米的距離；接著，繼續調節螺旋測微器的 旋轉按鈕，在顯示器上設置要得到的劃痕深度；最後，鎖定螺旋測微器。本發明的有益效果如下1、本發明實驗機由變頻器、直進電機、數顯螺旋測微器、錐形頭、控距螺栓、試樣臺 和主支撐等組成，其結構簡單實用、成本低、操作方便。工作時，只需將數顯螺旋測微器和錐 形頭配合，設定好深度，當直進電機推動試樣臺運動並經過錐形頭時即可以做出特定形貌 劃傷。2、本發明主要用於各種金屬或合金表面的劃傷模擬實驗，可以實現劃傷特徵，如 劃傷深度、寬度、密度、截面形貌等多方面的控制。


圖1為該劃傷實驗機的整體結構示意圖。圖2為直進電機和試樣臺的連接圖。圖3為數顯螺旋測微器和錐形頭之間的連接鎖定結構圖。圖中，1變頻器；2直進電機；3螺旋測微器；4錐形頭；5控距螺栓；6試樣臺；7主支撐；8卡片；9電源插頭；21輸入端；26導航棒；261螺栓I ；262螺栓II ；263連接件；31 柱形杆；34鎖緊裝置；341卡箍；342頂絲I ；343頂絲II ；67導軌。
具體實施例方式如圖1-3所示，本發明提供一種劃傷模擬實驗機，該實驗機由變頻器1、直進電機 2、數顯螺旋測微器3、錐形頭4、控距螺栓5、試樣臺6和主支撐7等組成，直進電機2、數顯 螺旋測微器3、控距螺栓5均固定在主支撐7上，在試樣臺6上設有一對可移動卡片8，用於 固定試樣；在數顯螺旋測微器3上安裝與試樣相對應的錐形頭4，用於劃傷試樣；在試樣臺 6上設有與試樣連接的控距螺栓5，控距螺栓5可以推動試樣做垂直於試樣臺6運動方向的 移動，移動距離由控距螺栓5的旋轉角度和螺距確定。直進電機2上裝有導航棒26，導航棒 26與試樣臺6連接，直進電機2的輸入端21直接與變頻器1的輸出端相連，導航棒26的前 進和後退，由變頻器1上的「正向」和「逆向」按鍵控制，導航棒26前進和後退的速度由變 頻器1上的頻率調整旋鈕控制。本發明中，試樣臺6放置於主支撐7的燕尾槽形導軌67中，試樣臺6在導軌67中 可以做前後運動，其運行方向和運行速度與導航棒26同步。如圖2所示，試樣臺6與導航棒26的連接方式是通過連接件263連接，連接件263 的縱截面為直角形，連接件263的一邊通過螺栓I 261與導航棒26連接，連接件263的另 一邊通過螺栓II 262與試樣臺6連接。如圖1、3所示，鎖緊裝置34包括卡箍341、頂絲I 342和頂絲11343，卡箍341為 筒形結構，在卡箍341側面安裝可伸至卡箍341內的頂絲I 342和頂絲II 343，頂絲I 342 和頂絲II 343分別與卡箍341通過螺紋連接。數顯螺旋測微器3和錐形頭4由鎖緊裝置 34鎖緊，具體鎖緊方式是數顯螺旋測微器3 —端設有柱形杆31，錐形頭4與柱形杆31相 對設置，卡箍341套在錐形頭4與柱形杆31外側，頂絲I 342對應於柱形杆31的側面，頂 絲II343對應於錐形頭4的側面，通過頂絲I 342鎖緊柱形杆31，通過頂絲II343鎖緊錐形 頭4。本發明中，錐形頭4由特殊的硬質材料製成，如YG8、YG12或YG15等。如圖1-3所示，利用該劃傷實驗機製造人工劃痕，具體的操作如下1.選擇合適形狀的錐形頭4，通過如圖3所示鎖緊裝置34的連接鎖定結構將錐形 頭4與數顯螺旋測微器3連接並固定在一起。2.將試樣固定於試樣臺6上的可移動卡片8。3.將電源插頭9連接於220V供電電源，調節變頻器1的調頻旋鈕，將輸出頻率控 制到IOHz (這時候直進電機2的輸出速度將是最大速度的五分之一，也可以根據具體情況 進行調整)。4.設置錐形頭位置零點。首先，旋轉數顯螺旋測微器3使之帶動錐形頭4向上移 動，以防錐形頭在調零之前碰到試樣。然後，按變頻器1的「正向」按鍵，把試樣移動到錐形 頭4的正下方，緩慢調節數顯螺旋測微器3，在錐形頭4剛剛接觸試樣到表面停止調節。接 著，按數顯螺旋測微器的Zero按鍵，屏幕上的數字顯示為0，這就設置好了錐形頭4的位置零佔。5.設定劃痕深度。在設置好位置零點後，將數顯螺旋測微器3調整，使錐形頭4離開試樣表面。然後，按變頻器1的「逆向」按鍵，使試樣離開錐形頭4中心約1釐米的距離。 接著，繼續調節數顯螺旋測微器3的旋轉按鈕，在顯示器上設置要得到的劃痕深度。最後， 鎖定數顯螺旋測微器3。6.製造劃痕。按下變頻器1的「正向」按鈕，直進電機2帶動試樣臺6前進。當試 樣經過錐形頭4後，表面留下預設深度的劃痕。7.通過控距螺栓5移動試樣，重複以上動作，得到一條同樣特徵的劃痕。旋轉控距 螺栓5同樣的角度，得到的是一系列等距離的劃痕。
權利要求
一種劃傷模擬實驗機，其特徵在於，該實驗機主要設有變頻器(1)、直進電機(2)、螺旋測微器(3)、錐形頭(4)、控距螺栓(5)、試樣臺(6)和主支撐(7)，直進電機(2)、螺旋測微器(3)和控距螺栓(5)均固定在主支撐(7)上，在螺旋測微器(3)上安裝與試樣臺(6)上的試樣相對應的錐形頭(4)，直進電機(2)上的導航棒(26)與試樣臺(6)連接，直進電機(2)的輸入端(21)直接與變頻器(1)的輸出端相連；在試樣臺(6)上設有與試樣連接、推動試樣做垂直於試樣臺(6)運動方向移動的控距螺栓(5)。
2.按照權利要求1所述的劃傷模擬實驗機，其特徵在於，在試樣臺(6)上設有用於固定 試樣的可移動卡片(8)。
3.按照權利要求1所述的劃傷模擬實驗機，其特徵在於，所述螺旋測微器(3)採用數顯 螺旋測微器。
4.按照權利要求1所述的劃傷模擬實驗機，其特徵在於，試樣臺(6)放置於主支撐(7) 的燕尾槽形導軌(67)中，試樣臺(6)在導軌(67)中的運行方向和運行速度與導航棒(26) 同步。
5.按照權利要求1所述的劃傷模擬實驗機，其特徵在於，試樣臺(6)與導航棒(26)的 連接方式是通過連接件(263)連接，連接件(263)的縱截面為直角形，連接件(263)的一邊 通過螺栓1(261)與導航棒(26)連接，連接件(263)的另一邊通過螺栓II (262)與試樣臺 (6)連接。
6.按照權利要求1所述的劃傷模擬實驗機，其特徵在於，錐形頭(4)與螺旋測微器(3) 通過鎖緊裝置(34)鎖緊，鎖緊裝置(34)包括卡箍(341)、頂絲1(342)和頂絲II (343)，卡 箍(341)為筒形結構，在卡箍(341)側面安裝可伸至卡箍(341)內的頂絲1(342)和頂絲 II (343)，頂絲I (342)和頂絲II (343)分別與卡箍(341)通過螺紋連接；螺旋測微器(3) 一 端設有柱形杆(31)，錐形頭(4)與柱形杆(31)相對設置，卡箍(341)套在錐形頭(4)與柱 形杆(31)外側，頂絲1(342)對應於柱形杆(31)的側面，頂絲11(343)對應於錐形頭(4) 的側面，通過頂絲I (342)鎖緊柱形杆(31)，通過頂絲II (343)鎖緊錐形頭(4)。
7.按照權利要求1所述的劃傷模擬實驗機，其特徵在於，錐形頭(4)由特殊的硬質材料 製成，硬質材料包括YG8、YG12或YG15。
8.—種權利要求1所述的劃傷模擬實驗機的使用方法，其特徵在於，利用該劃傷實驗 機製造人工劃痕，具體的操作如下(1)選擇合適形狀的錐形頭，通過鎖緊裝置將錐形頭與螺旋測微器連接並固定在一起；(2)將試樣固定於試樣臺上；(3)將電源插頭連接於供電電源，調節變頻器的調頻旋鈕，將輸出頻率控制到 0. 01-50Hz ；(4)設置錐形頭位置零點；(5)設定劃痕深度；(6)製造劃痕按下變頻器的「正向」按鈕，直進電機帶動試樣臺前進；當試樣經過錐形 頭後，表面留下預設深度的劃痕；(7)通過控距螺栓移動試樣，重複以上動作，得到一條同樣特徵的劃痕；旋轉控距螺栓 同樣的角度，得到的是一系列等距離的劃痕。
9.按照權利要求8所述的劃傷模擬實驗機的使用方法，其特徵在於，所這步驟(4)中， 設置錐形頭位置零點的過程如下首先，旋轉螺旋測微器使之帶動錐形頭向上移動，以防錐形頭在調零之前碰到試樣；然 後，按變頻器的「正向」按鍵，把試樣移動到錐形頭的正下方，調節螺旋測微器，在錐形頭剛 剛接觸試樣到表面停止調節；接著，按螺旋測微器的Zero按鍵，屏幕上的數字顯示為0，這 就設置好了錐形頭的位置零點。
10.按照權利要求8所述的劃傷模擬實驗機的使用方法，其特徵在於，所這步驟(5)中， 設定劃痕深度的過程如下在設置好位置零點後，將螺旋測微器調整，使錐形頭離開試樣表面；然後，按變頻器的 「逆向」按鍵，使試樣離開錐形頭中心1 3釐米的距離；接著，繼續調節螺旋測微器的旋轉 按鈕，在顯示器上設置要得到的劃痕深度；最後，鎖定螺旋測微器。
全文摘要
本發明涉及劃傷模擬裝置，具體為一種劃傷模擬實驗機及其使用方法，解決現有技術中存在的操作複雜且價格昂貴，不能做出宏觀尺度的劃痕，很難滿足模擬劃傷的要求等問題。該實驗機在螺旋測微器上安裝與試樣臺上的試樣相對應的錐形頭，直進電機的輸入端直接與變頻器的輸出端相連，直進電機上的導航棒與試樣臺連接；在試樣臺上設有與試樣連接、推動試樣做垂直於試樣臺運動方向移動的控距螺栓。工作時，只需將數顯螺旋測微器和錐形頭配合，設定好深度，當直進電機推動試樣臺運動並經過錐形頭時即可以做出特定形貌劃傷。該裝置主要用於各種金屬或合金表面的劃傷模擬實驗，可以實現劃傷特徵，如劃傷深度、寬度、密度、截面形貌等多方面的控制。
文檔編號G01N3/56GK101957285SQ200910012540
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月15日 優先權日2009年7月15日
發明者孟凡江, 柯偉, 王儉秋, 韓恩厚 申請人:中國科學院金屬研究所