专利名称：一种磨制金属小试样和薄试样截面的多功能夹具的制作方法
技术领域：
一种磨制金属小试样和薄试样截面的多功能夹具技术领域[0001]本实用新型属于夹具技术领域，特别是涉及一种磨制金属小试样和薄试样截面的多功能夹具。适用于尺寸小(Φ1 IOmm)以及形状不规则的金属小试样的磨制，也适用于不同厚度(0. 2 IOmm)的薄板试样截面的磨制。
背景技术：
[0002]目前，专门用于磨制金属小试样的夹具很少，多数夹具都较为简易，主要以两块金属夹持试样的夹条型夹具较为常用，大多仅靠两个螺母来紧固夹条，夹条自身无法固定，装样时，需要平衡协调试样磨面与两个夹条底座保持平行，不仅难于控制试样磨面是否水平， 而且试样伸出夹具的尺寸也不易控制，常常一旦松动螺母，试样表面或夹条立即倾斜，甚至试样完全脱离。可见，这种夹条型夹具安装小试样很麻烦，相当耗时，有时会把夹具底端连同试样一起磨偏或磨去一定厚度，还需重新制样。尤其是针对圆形小试样存在不易夹持、磨制的缺陷。夹持较松时，试样磨面容易跑偏，试样也容易脱离夹具，飞旋磨盘，造成安全隐患；若夹持较紧时，则容易造成应力集中，甚至表面变形，直接影响表面分析结果。因此，制样者宁愿手持试样小心翼翼的磨制、抛光，但由于试样较小，尤其遇到较薄的小试样，手持也相当困难，不仅容易磨偏，甚至磨破手指，而且随时担心试样脱手、飞旋。可见，手持既存在潜在危险，还需消耗很长时间去重新制样，工作效率较低。[0003]此外，普通的金相分析，只需保证磨面水平即可，而首钢技术研究院以及其它钢厂或研究院所的多种设备，其实验分析以及图像采集均对制样要求较高，如X衍射分析、扫描电镜能谱分析及EBSD分析、电子探针分析，尤其是高温激光显微镜分析严格要求试样上下表面保持水平。由此可见，上下表面均须水平的小试样的制备就更为困难。[0004]再者，针对薄试样截面的磨制，一般采用热镶嵌机或真空镶嵌、胶粘结等方法将薄试样镶嵌后进行磨制、抛光，这种方法需要消耗很多镶嵌材料，而且不易与粘接剂分离，工作效率很低。而采用两块金属夹持试样的夹条型夹具，则同样存在难于控制试样磨面水平以及试样伸出夹具的尺寸等缺点，而存在倾斜度的磨面将直接影响实验分析和图片质量， 尤其在高温金相实验过程，图像的观察效果及录像效果会非常差，甚至导致实验无效。发明内容[0005]本实用新型的目的在于提供一种磨制金属小试样和薄试样截面的多功能夹具，以解决小试样及薄试样制样难度大且操作不安全等问题。本实用新型结构简单且功能较多； 适用于不同尺寸(Φ1 IOmm)以及不同形状的金属小试样的磨制，尤其针对尺寸很小且不规则的试样，很好的解决了难于控制磨面水平以及不易手持的小试样的磨制。可为金相分析、X衍射织构分析、电子探针分析、扫描电镜分析、高温激光显微镜分析以及差热分析提供清晰度高、磨面水平的试样。还适用于不同厚度(0.2 IOmm)的金属薄试样截面的磨制， 尤其针对厚度很薄且尺寸较小的试样，很好的解决了难于控制磨面水平以及不易手持的薄试样截面的磨制。此外，对于非磁性小试样也可以进行磨制。[0006]本实用新型由主体部件和配套部件构成。主体部件包括金属圆柱(带内螺纹)、螺栓、磁铁；配套部件包括半圆形夹板一对、不同弧度的多用夹板两对、单侧倒圆角的长方形夹板三对、弧形夹板一对(夹板均两两左右对称)、螺杆、以及六角螺母；圆柱是高矮不同的两个同心圆柱，外围圆柱1比内侧圆柱2低5 10cm，既节省材料，有便于手持。外围圆柱上带有四个相同尺寸的螺孔3及对应螺栓4，用于紧固配套部件的半圆形夹板5，而内侧圆柱带有一个螺栓6，用于调节试样高度，且螺栓顶部吸附有磁石7，在磨制试样过程，依靠试样与磨盘之间存在水的表面张力，再加以磁力作用可对试样更好的固定。[0007]试样在夹紧之前，要调节主体小圆柱内螺栓的高度，使试样超出夹板平面至少 1mm，这样在磨制、抛光过程，既能保证试样的磨面水平，又不会使螺母及左右夹板触到砂纸而磨损夹具，而且试样有磁石吸附，不会旋飞，大大加强了操作的安全性。[0008]半圆形夹板5的外径与主体圆柱1的外径相同，且半圆形夹板5上的四个螺孔分别与主体圆柱的四个螺孔3相对应；配有六角螺母8的两节螺杆9分别穿过左右半圆形夹板5，每个半圆形夹板上的两个螺孔以各自的螺杆为对称中心。夹板的选用依试样的尺寸及形状而定。[0009]弧度不同的弧形夹板主要用于磨制不同尺寸的圆形小试样，弧形夹板带有一沉孔，以便与螺杆稳定配合，同时又可紧固试样，对两块弧形夹板的选择主要依据小试样的尺寸及形状。而长方形夹板则主要用于方形小试样或薄试样截面的磨制，长方形夹板通过半圆形模块切割获得，依次将半圆形模块分割成厚度不同的三块长方形夹板和一块弧形夹板，边长为直径的长方形夹板与试样直接接触，弧形夹板与螺杆直接接触，且弧形夹板也带有一沉孔，以便与螺杆稳定配合并紧固试样。[0010]试样在夹紧之前，要调节主体小圆柱2内螺栓6的高度，使试样超出夹板平面至少 1mm，这样在磨制、抛光过程，既能保证试样的磨面水平，又不会使螺母8及左右夹板触到砂纸而磨损夹具，而且试样有磁石吸附，不会旋飞，大大加强了操作的安全性。[0011]依据所制试样的尺寸或形状配备相应功能的夹板，弧度不同的弧形夹板10主要适用于尺寸小(Φ1 IOmm)以及形状不规则的金属小试样11的磨制，很好的解决了难于控制磨面水平以及不易手持的小试样的磨制，尤其是尺寸很小且不规则的试样。弧形夹板 10带有一沉孔，以便与螺杆9稳定配合，同时又可紧固试样(如图6所示)，而对于两块弧形夹板的选择主要依据试样的尺寸及形状。[0012]所述的配套部件中的长方形夹板12则适用于方形小试样14不同厚度的薄板试样截面(0. 2 IOmm)的磨制，是通过对半圆形模块13分割的方式获得(如图3所示)，即依次将半圆形模块分割成厚度不同的三块长方形夹板和一块弧形夹板。分割后，边长为直径的长方形夹板与方形小试样直接接触，弧形夹板与螺杆9直接接触，此弧形夹板也带有一沉孔，以便与螺杆稳定配合并紧固试样(如图6所示)。半圆形模块13外缘紧贴半圆形夹板5的内侧。[0013]本实用新型不仅能保证试样的磨面水平，且不会使螺母及左右夹板触到砂纸而磨损夹具，与其它夹具相比，该夹具对试样有双重紧固作用。通过主体小圆柱内螺栓对试样高度的调节，螺栓顶部吸附的磁石可对试样很好的固定，而带有沉孔的两套弧形夹板，不但起到稳定配合螺杆的作用，而且能更有效的对试样进行紧固。[0014]夹板的选择自由度高，主要依据试样的尺寸及形状而定。尤其通过对半圆形模块4分割法获得的数块夹板，结构非常简单，并能依据试样尺寸自由加减夹板数量，对试样进行加固稳定。试样磨抛结束后，可以非常方便的取出样品，不会引起任何变形，而且可以节约制样时间，提高工作效率。[0015]与其它制样夹具相比，该夹具对试样有双重紧固作用，使试样在磨制、抛光过程不会旋飞，既减少安全隐患，又提高制样效率。其特征在于，通过主体小圆柱内螺栓对试样高度的调节，螺栓顶部吸附的磁石可对试样很好的固定，而带有沉孔的两套弧形夹板，不但起到稳定配合螺杆的作用，而且能更有效的对试样进行紧固。[0016]与其它制样夹具相比，该夹具配备的多功能夹板，突破了常用夹具中夹板类型单一、功能简单的局限性，而且对夹板的选择自由度较高，主要依据试样的尺寸及形状而定。 尤其通过对半圆形模块分割法获得的数块夹板的组合夹板，结构非常简单，并能依据试样尺寸自由加减夹板数量，对试样进行加固稳定。[0017]本实用新型的创新性及优点在于，结构简单，功能较多，适用性广，可对不同尺寸或形状不规则的小试样进行磨制，还可对不同厚度的薄板试样截面进行磨制，很好的解决了难于控制磨面水平及不易手持的小试样或薄试样截面的磨制。本制样夹具通过磁石和夹板作用，对试样进行双重紧固，不但解决安全隐患，还明显减少重复制样次数。试样磨抛结束后，可以非常方便的取出样品，不会引起任何变形，不仅节约制样时间，提高工作效率。[0018]此外，本制样夹具不仅可为普通的金相分析、扫描电镜分析提供清晰度高、磨面水平的试样，还可为试样制备要求较高的X衍射、电子探针分析提供上下表面均水平的试样， 特别为高温激光显微镜分析提供了一种安全、便捷的制样技术。
[0019]图1为磨制小试样的多功能夹具结构示意图。其中，外围圆柱1、内侧圆柱2，螺孔 3、第一螺栓4、半圆形夹板5、第二螺栓6，磁石7。[0020]图2为磨制小试样的配套部件中两种夹板的示意图(圆形小试样夹板)。[0021]图3为磨制小试样的配套部件中两种夹板的示意图(方形小试样或薄试样截面夹板)。[0022]图4为磨制小试样的多功能夹具结构主视图。[0023]图5为磨制小试样配套部件的A-A向视图。[0024]图6为磨制圆形小试样的配套部件的俯视图。其中，螺孔3、半圆形夹板5、六角螺母8、螺杆9、弧形夹板10、金属小试样11。
具体实施方式
[0025]本实用新型包括由主体部件和配套部件。包括主体部件和配套部件；主体部件包括金属圆柱(带内螺纹)、螺栓、磁铁；配套部件包括半圆形夹板一对、不同弧度的多用夹板两对，以及单侧倒圆角的长方形夹板三对、弧形夹板一对(夹板均两两左右对称)，螺杆、六角螺母；圆柱是高矮不同的两个同心圆柱，外围圆柱1比内侧圆柱2低5 10cm，既节省材料，有便于手持。外围圆柱上带有四个相同尺寸的螺孔3及对应螺栓4，用于紧固配套部件的半圆形夹板5，而内侧圆柱带有一个螺栓6，用于调节试样高度，且螺栓顶部吸附有磁石 7，在磨制试样过程，依靠试样与磨盘之间存在水的表面张力，再加以磁力作用可对试样更好的固定。[0026]高温激光显微镜分析用试样属于典型的小试样，直径彡7. 5mm，厚度彡3. 5mm，形状不限。针对高温激光显微镜使用率不断增长等现状，而高温激光显微镜小试样及薄试样的制样难度大且操作不安全的现状，急需研制一种安全、便捷的制样技术，以解决难于控制磨面水平以及不易手持的小试样和薄试样表面及截面的磨制，为高温金相实验提供清晰度高、磨面水平的试样。[0027]以下结合实例，选择高温激光显微镜的高温金相实验中两种不同试样类型进行制样，以详细说明采用本制样夹具比普通夹具的优势所在。[0028]实施例1磨制高温激光显微镜高温金相实验用圆形小试样[0029]用于高温激光显微镜观察、分析的试样，其尺寸需满足直径彡7.5mm，厚度 (3. 5mm，要求磨制后的试样上下面必须保持平行，因为存在倾斜度的磨面会直接影响高温金相的图片质量和实验分析结果，尤其在升温过程，磨面略低部位的图像始终发暗，甚至根本看不到，导致观察效果及录像效果会非常差，甚至导致实验无效。[0030]制备高温金相实验用圆形小试样按以下三步进行，首先，将试样上下两面依次经预磨机(150#砂纸)磨制，再分别经320#砂纸和800#砂纸进一步磨制。然后把试样需要观察的一面进行抛光，抛光剂粒度依次使用7 μ m，3. 5 μ m，1. 5 μ m。抛光后的试样，需丙酮在超声波清洗器里进行清洗，吹干，才能装入加热炉进行实验。[0031]在制样过程中，采用本制样夹具与普通夹具的对比如下[0032]其一，采用普通的夹条型夹具，由于无法控制伸出夹具的尺寸，也没有支撑试样保持水平的部件加以挟持，不但难于控制试样磨面是否水平，而且常常会将夹具底端连同试样一起磨偏或磨去一定厚度，制出的试样由于不满足观察及分析要求，不得不重复制样，工作效率非常低。而针对某些短缺试样，没有备用试样可供重复制样，只能一次性制备成功， 在这种情况下，这类夹条形夹具则受到更大的考验。[0033]而本多功能夹具，通过主体小圆柱内螺栓对试样高度可进行调节，螺栓顶部吸附的磁石可对试样很好的固定，使试样超出夹板平面至少1mm，这样在磨制、抛光过程，既能保证试样的磨面水平，又不会使螺母及左右夹板触到砂纸而磨损夹具，而且试样有磁石吸附，不会旋飞，在保障操作安全的同时，明显减少重复制样次数，提高了工作效率。[0034]其二，采用普通的夹条型夹具，由于夹具都较为简易，仅靠两个螺母来紧固夹条， 夹条自身无法固定，自由旋转。装样时，不仅需要平衡协调试样磨面与两个夹条底座都平行，而且为了使试样超出夹板平面至少1mm，还得松动其中一边夹条的螺母，由于难以控制平衡，也难以控制试样伸出的长短，常常一旦松动螺母，试样表面立即倾斜，甚至完全脱离夹条掉下来，或者夹条立即出现倾斜，因此，这种夹条型夹具安装小试样很麻烦，且相当耗时。[0035]而本多功能夹具，由于最外侧的半圆形夹板受主体圆柱的四个螺栓紧固而得到充分固定，而配备的多功能夹板，可依据试样的尺寸及形状而定夹板类型。针对本例的实验用样为圆形小试样，则可选择如图2的弧形夹板，由于弧形夹板带有沉孔，配合半圆形夹板和螺杆作用，可直接通过螺母来夹紧试样，见图6。因此，本夹具安装试样非常简单，可以节省制样时间。[0036]其三，采用普通的夹条型夹具，针对本例的实验用样圆形小试样存在不易夹持、磨制的缺陷，夹持较松时，试样磨面容易跑偏，试样也容易脱离夹具，飞旋磨盘，造成安全隐患；若夹持较紧时，则容易造成应力集中，甚至表面变形，直接影响表面分析结果。可见，普通的夹条型夹具磨制圆形小试样，既存在潜在危险，还需消耗很长时间装样，磨制后的试样还可能由于跑偏或表面变形等原因不合格，常需要重新制样，工作效率较低。[0037]而本多功能夹具，由磨制圆形小试样配套部件的主视图(图4)及俯视图(图6) 可见，该夹具通过主体小圆柱内螺栓对试样高度进行调节后，螺栓顶部吸附的磁石可对试样很好的固定，而带有沉孔的两套弧形夹板，不但起到稳定配合螺杆的作用，而且配合半圆形夹板和螺杆，能更有效的对试样进行紧固。可见，该夹具对试样有双重紧固作用，使试样在磨制、抛光过程不会旋飞，既减少安全隐患，又提高制样效率。[0038]其四，采用普通的夹条型夹具，夹具结构虽简单，但功能也极为简单，由于夹板类型单一，对本例的圆形试样不易夹持；磨面也不易控制水平，试样容易脱离夹具，导致制样成功率低、重复率高。[0039]而本多功能夹具，尤其是针对磨制圆形小试样的带有沉孔的两套弧形夹板，突破了常用夹具中夹板由单一夹条构成的局限性，而且对夹板的选择自由度较高，两套弧形夹板的选择可依据圆形试样的尺寸及形状而定。试样磨抛结束后，通过松动螺母，可以非常方便的从弧形夹板间取出样品，不会引起任何变形，不仅节约制样时间，制样成功率可达 100%。[0040]实施例2磨制高温激光显微镜高温金相实验用方形小试样或薄试样截面[0041]用于高温激光显微镜观察、分析的方形小试样或薄试样截面试样，其方形小试样尺寸需满足上表面对角线长度< 7. 5mm,厚度< 3. 5mm,其薄试样尺寸需满足厚度 (3. 5mm，截面对角线长度< 7. 5mm，高度< 3. 5mm，要求磨制后的方形小试样或薄试样截面试样的上下面必须保持平行，因为存在倾斜度的磨面会直接影响高温金相的图片质量和实验分析结果，尤其在升温过程，磨面略低部位的图像始终发暗，甚至根本看不到，导致观察效果及录像效果会非常差，甚至导致实验无效。[0042]制备高温金相实验用方形小试样或薄试样截面试样同样按以下三步进行，首先， 将试样的上下两面经预磨机(150#砂纸)磨制，再分别经320#砂纸和800#砂纸进一步磨制。 然后把试样需要观察的一面进行抛光，抛光剂粒度依次使用7 μ m，3. 5 μ m，1. 5 μ m。抛好的试样，需用丙酮在超声波清洗器里进行清洗，吹干，才能装入加热炉进行实验。[0043]在制样过程中，采用本制样夹具与普通夹具的对比如下[0044]其一，采用普通的夹条型夹具，由于无法控制伸出夹具的尺寸，也没有支撑方形小试样或薄试样截面试样保持水平的部件加以挟持，同样出现难于控制试样磨面是否水平， 或者将夹具底端连同试样一起磨偏或磨去一定厚度的缺陷，往往导致重复制样率高，工作效率非常低。[0045]而本多功能夹具，可通过主体小圆柱内螺栓对试样高度进行调节，而螺栓顶部吸附的磁石以及带有沉孔的弧形夹板，对试样固定效果非常的，不会使螺母及左右夹板触到砂纸而磨损夹具，很好的解决了磨面水平及试样旋飞的问题，排除安全隐患的同时，明显减少重复制样次数，提高了工作效率。[0046]其二，采用普通的夹条型夹具，由于夹具仅靠两个螺母来紧固夹条，夹条自身无法固定，自由旋转。装方形小试样或薄试样截面试样时，同样需要平衡协调试样磨面与两个夹条底座的水平，而且试样较矮、较薄5m)，与圆形试样相比，更不容易控制试样超出夹板平面的尺寸以及试样磨面与两个夹条底座的平衡。因此，这种夹条型夹具安装方形小试样或薄试样截面试样很麻烦，也相当耗时。[0047]而本多功能夹具，由磨制方形小试样或薄试样截面试样配套部件的主视图(图4) 及俯视图(图6)可见，由于最外侧的半圆形夹板受主体圆柱的四个螺栓紧固而得到充分固定，且配备的多功能夹板，可依据试样的尺寸及形状而定夹板类型。针对本例的实验用样为方形小试样或薄试样截面试样，则可选择如图3所示的半圆形模块构成的组合夹板，由于外侧的弧形夹板也带有沉孔，配合半圆形夹板和螺杆作用，能更有效的对试样进行紧固。可见，该夹具的半圆形模块构成的配套部件对方形小试样或薄试样也起到双重紧固作用。因此，本夹具安装方形小试样或薄试样截面试样同样非常简单，也可节省制样时间。[0048]其三，针对薄试样截面的磨制，一般采用热镶嵌机或真空镶嵌、胶粘结等方法，将薄试样镶嵌在一定的基体上进行磨制、抛光，不仅需要消耗很多镶嵌材料，且不易与粘接剂分离，工作效率很低。采用普通的夹条型夹具，由于夹板类型单一，且试样较矮、较薄，更不易控制伸出夹具的尺寸以及磨面的水平，试样容易脱离夹具，飞旋磨盘，造成安全隐患，制样成功率也不高。[0049]而本多功能夹具，由于主体小圆柱内螺栓对试样高度可进行调节，弥补了普通夹具这一功能缺陷，而且磨制方形小试样或薄试样截面试样配套部件结构简单，适用性广， 对夹板选择的自由度也较高。尤其是通过对半圆形模块分割法获得的数块夹板的组合型夹板，不仅结构非常简单，并能依据试样尺寸自由加减夹板数量，对试样进行加固稳定，大大突破了常用夹具中夹板构成单一的局限性。
权利要求1.一种磨制金属小试样和薄试样截面的多功能夹具，由主体部件和配套部件构成；主体部件包括金属圆柱、螺栓、磁铁；配套部件包括半圆形夹板一对、不同弧度的多用夹板两对、单侧倒圆角的长方形夹板三对、弧形夹板一对、螺杆以及六角螺母；其特征在于，圆柱是高矮不同的两个同心圆柱，外围圆柱(1)比内侧圆柱2低5 10cm，外围圆柱上带有四个相同尺寸的螺孔C3)及对应螺栓G)，内侧圆柱带有一个螺栓(6)，螺栓顶部吸附有磁石(7)；半圆形夹板(5)的外径与主体圆柱(1)的外径相同，且半圆形夹板( 上的四个螺孔分别与主体圆柱的四个螺孔C3)相对应；配有六角螺母(8)的两节螺杆(9)分别穿过左右半圆形夹板( ，每个半圆形夹板上的两个螺孔以各自的螺杆为对称中心。
2.根据权利要求1所述的多功能夹具，其特征在于，弧度不同的弧形夹板(10)带有一沉孔，与螺杆(9)稳定配合，半圆形模块(1 外缘紧贴半圆形夹板(5)的内侧。
3.根据权利要求1所述的多功能夹具，其特征在于，长方形夹板(1 是通过对半圆形模块(1 分割的方式获得；依次将半圆形模块分割成厚度不同的三块长方形夹板和一块弧形夹板，边长为直径的长方形夹板与试样直接接触。
专利摘要一种磨制金属小试样和薄试样截面的多功能夹具，属于夹具技术领域。包括主体部件和配套部件，主体部件包括金属圆柱、螺栓、磁铁；配套部件包括半圆形夹板一对、不同弧度的多用夹板两对、单侧倒圆角的长方形夹板三对、弧形夹板一对、螺杆、六角螺母。两个同心圆柱的外围圆柱上带有四个相同尺寸的螺孔及对应螺栓，内侧圆柱带有一个螺栓，螺栓顶部吸附有磁石；半圆形夹板的外径与主体圆柱的外径相同，且半圆形夹板上的四个螺孔分别与主体圆柱的螺孔相对应；配有六角螺母的两节螺杆分别穿过左右半圆形夹板，每个半圆形夹板上的两个螺孔以各自的螺杆为对称中心。优点在于结构简单，功能较多，适用性广。
文档编号B24B41/06GK202240885SQ20112010605
公开日2012年5月30日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者刘卫平, 史学星, 温娟, 班丽丽, 鞠新华 申请人:首钢总公司