金相样品磨光抛光机及其夹具基座的制作方法

本发明涉及一种机械加工装置，尤其涉及一种金相样品磨光抛光机，还涉及一种用于该金相样品磨光抛光机的夹具基座。

背景技术：

起源于十九世纪中期的金相学，一问世便得到了迅速的推广和应用，成为了钢铁行业重要的检测手段，一百多年来，在无数先辈的努力和探索下，金相技术不断地发展。如今金相技术在新品研发、质量控制以及失效分析等领域展示了其巨大的魅力。要掌握金相技术，首先便要能够制备高质量的金相样品。

高质量金相样品的制备，往往需要经历以下几个环节：磨光、抛光、腐蚀。而其中，难度最高、也最难把控的环节是磨光和抛光。

目前,磨光的方法一般有两种：一为手工磨光，手持样品在垫有玻璃板的砂纸上手动磨光；二为机械磨光机磨光，手持样品放在磨光机上利用砂纸的转动对样品进行磨光。这种磨光过程中往往会出现以下问题：

1）划痕：磨光的原理是砂纸上露出的锋利的磨砺尖端对样品进行切削，磨光使用的砂纸，磨粒一经变钝，切削作用减小，同时也会有少量磨粒从砂纸上脱落，脱落的磨粒与样品表面发生滚压从而引起表面层产生变形金属层或划痕。金相样品磨光过程包括粗磨、细磨。所需用到的砂纸粒度号分别为400、600、800、1000，其切削速度依次减小，划痕深度依次减小。在磨光过程，从低号砂纸开始磨光，磨至划痕方向一致后更换高号砂纸，与上一道研磨方向成90°磨去上道砂纸留下的痕迹。在此过程中容易出现以下问题：例如在从400#砂纸更换到600#砂纸后，由于人为观察误差，误以为已经将400#砂纸留下的划痕完全磨掉，实际却存有少量400#砂纸留下的划痕；当更换到800#砂纸上进行磨光时，研磨方向与600#砂纸研磨方向成90°、与400#砂纸研磨方向平行。这时会发现400#砂纸留下的划痕很难磨去，且不易判断这些划痕是由400#砂纸造成的还是由800#砂纸本身质量缺陷或磨粒脱落刮花的，因而不便进行正确的处理。

2）脱落：在研磨有析出物或非金属夹杂物的样品时，由于析出物或非金属夹杂物与基体不同的塑性变形能力，如果制样过程中研磨时间长，磨制用力不均匀或用力过大会造成析出物从样品表面脱出而留下孔洞。

3）附加面：在手工磨光过程中，很难保证手臂长时间保持平稳，难免会出现水平方向上由于用力不均匀而导致的附加面出现。

目前,抛光是在专用的抛光机上进行的。抛光机主要由电动机和抛光圆盘（Ф200-300mm）组成，抛光盘转速为200-600r/min以上。抛光盘上铺以细帆布、呢绒、丝绸等。抛光时在抛光盘上不断滴注抛光剂。抛光剂通常采用Al₂O₃、MgO或Cr₂O₃等细粉末（粒度约为0.3-1μm）在水中的悬浮液。机械抛光就是靠极细的抛光粉末与磨面间产生相对磨削和液压作用来消除磨痕的。操作时将试样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的边缘到中心不断作径向往复运动。抛光时间一般为3-5min。抛光后的试样，其磨面应光亮无痕，且石墨或夹杂物等不应抛掉或有拖尾现象。在这种抛光过程中容易出现以下问题：

1）拖尾：拖尾常发生在有较软的相或非金属夹杂物周围。在抛光时，抛光布太干，表面不湿润，或试样在原地移动不够，使磨料塞集在孔洞处，到一定程度后被甩出，在试样表面留下痕迹，产生拖尾。

2）划痕：如果抛光织物不清洁或磨料没有完全严格保存好而混入灰尘，抛光面会出现划痕。划痕严重时会影响观察，需要返回到砂纸上进行磨光，然后重新抛光。

3）腐蚀坑：当操作者熟练掌握磨光-抛光技巧时，整个磨光-抛光过程可在5分钟左右完成。如果抛光织物太湿润、抛光时间又长，抛光面上面往往会形成小的微电池，从而造成腐蚀坑，俗称麻点。

现有技术的金相样品磨光抛光过程中的上述缺陷严重影响了金相样品磨光抛光的效率和质量。

而在相图测定中，合金样品中往往存在多个相，各个相的硬度不一，而且一些样品脆而疏松，在很大程度上增加了磨光抛光过程的难度。通过实验测定，一个三元相图截面往往需要50个样品以上，复杂的体系可能需要更多的样品。因此，提高磨光抛光效率及其质量非常重要。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种效率高而且能够保证金相样品质量的金相样品磨光抛光机，还提供一种用于该金相样品磨光抛光机的夹具基座。

为了解决上述技术问题，本发明的金相样品磨光抛光机包括夹具基座、磨光夹具、抛光夹具、抛光剂容器和抛光剂流速调节器；

所述夹具基座设有中心通孔和用于置放夹具的夹具孔；所述夹具孔至少设有三个且任意两两相邻夹具孔的圆心连线都构成一个正三角形；

所述磨光夹具中间设有嵌样孔用于置放样品，在嵌样孔外围设有石蜡环槽；所述石蜡环槽顶部还设置有通气孔；在石蜡环槽内设置石蜡环，石蜡环末端与石蜡环槽端面齐平；所述石蜡环与石蜡环槽内腔顶部之间设有活动垫片；所述嵌样孔中设置有活塞；

所述抛光夹具中间设有嵌样孔，在嵌样孔外围设有石蜡环槽；所述石蜡环槽顶部还设置有通气孔；在石蜡环槽内设置石蜡环，石蜡环末端与石蜡环槽端面齐平；所述石蜡环与石蜡环槽内腔顶部之间设有活动垫片；所述嵌样孔中设置有凹形活塞，所述凹形活塞下端面向上凹陷，在凹形活塞下面设有凸形夹，所述凸形夹上端有凸起、下端敞开以置放样品，所述凸形夹的凸起部分通过轴承活动连接于凹形活塞的凹陷内；

所述抛光剂容器通过抛光剂流速调节器置于夹具基座的中心通孔上；所述抛光剂容器上下均设有开口，开口连接有瓶盖；抛光剂容器下开口通过下瓶盖连接于抛光剂流速调节器；所述抛光剂容器下瓶盖设置有偏心孔，该偏心孔与抛光剂流速调节器连通以便抛光剂容器内的抛光剂流入抛光剂流速调节器；

所述抛光剂流速调节器设有抛光剂通道，所述抛光剂通道上端开口连通抛光剂容器下瓶盖偏心孔、下端开口连通夹具基座的中心通孔。

所述夹具孔内壁沿圆周均匀分布三个限位槽。

所述抛光剂容器内设有搅拌装置。

所述抛光剂流速调节器的抛光剂通道内设有软管，该软管沿抛光剂通道轴向布置、其上端开口连通抛光剂容器下瓶盖偏心孔；抛光剂通道壁上设有垂直于抛光剂通道且贯穿于通道壁的调节螺孔，该调节螺孔中设置有调节螺栓，该调节螺栓进入抛光剂通道的一端与软管外壁接触。

所述抛光剂流速调节器还设有自来水通道，该自来水通道上端开口通过调节水阀连通自来水管、下端开口连通夹具基座的中心通孔。

所述石蜡环为热浇注入石蜡环槽内。

所述夹具基座基座为超高分子量聚乙烯材料制成。

所述夹具基座上设置有18个夹具孔。

所述磨光夹具和抛光夹具的石蜡环槽内腔设有石蜡调位棒、嵌样孔中设有样品调位棒。

本发明的一种用于金相样品磨光抛光机的夹具基座，所述夹具基座设有中心通孔和用于置放夹具的夹具孔；所述夹具孔至少设有三个且任意两两相邻夹具孔的圆心连线都构成一个正三角形。

所述夹具孔内壁沿圆周均匀分布三个限位槽。

采用本发明的结构，由于设置了夹具基座，夹具基座设有中心通孔和用于置放夹具的夹具孔，夹具孔至少设有三个且任意两两相邻夹具孔的圆心连线都构成一个正三角形，可以保证在有限面积的基座内放置最大数量的样品，夹具基座转动时，夹具孔相对夹具基座共有三种不同的线速度，也即同时实现了三种抛光速度或磨光速度，能极大提高工作效率。由于设置了该夹具基座，能够将磨光抛光功能集合在一台机器上。

夹具基座的夹具孔内壁沿圆周均匀分布三个限位槽，三个限位槽的中心与圆心的连线两两成120°，这样可确保更换砂纸时，前后两次磨光方向成60°，因此连续的三次磨光工序中，磨光方向均两两成60°，这样可以清楚地确定划痕来自于哪一道砂纸，以便及时处理，保证工作质量。

由于设置了具有石蜡保护功能的夹具（设置了石蜡环，并通过石蜡环槽等结构使石蜡环有效工作），在磨光过程中，从砂纸中脱落的磨粒会被嵌入到较软的石蜡中，从而避免磨粒在样品表面滚压造成划痕和扰动层。在抛光过程中，对于抛光剂混合不均造成结团、抛光剂中混入灰尘颗粒、样品中因本身含有较脆易脱落的相在抛光过程中整块脱落物，较软的石蜡环可以吸收灰尘颗粒和结团的抛光剂或脱落物，减少样品遭到刮花和滚压的可能性。并且石蜡本身是一种很好的润滑剂，抛光过程中，抛光布的绒毛会先从石蜡环表面滑过再与样品接触，抛光布的绒毛会粘上很薄的一层石蜡膜，这层石蜡膜能防止抛光布绒毛在有孔洞、有较软相、非金属夹杂物的样品中发生拖拽、拖尾。

通过活动垫片的设置，可以保证在注入石蜡溶液时防止石蜡溶液从壳体的通气孔中漏出；还可以通过石蜡调位棒按压活动垫片保证石蜡环各点受力均匀，从而实现在不毁坏石蜡的前提下向下调节石蜡环的位置。

通过凹形活塞的设置，可以调节样品竖直方向的位置；还可以防止注入在活塞上方的用于配重的水从底部漏出。另外，由于每个样品靠近或远离夹具基座圆心的地方具有不同的线速度，本发明通过轴承的设置，在轴承的作用下，样品会发生自转，有效防止单向抛光造成的拖尾。

本发明将磨光抛光功能集合在一台机器上，结构简单、安装方便，既保证了加工精度要求，提高了工作质量，简化了加工工序，同时还最大限度的保证了加工数量，缩短了加工周期，从而大大提高了生产效率，能够克服现有技术的缺陷又降低了成本。

附图说明

图1是本发明的夹具基座俯视图；

图2是本发明抛光工作时结构示意图；

图3是本发明抛光夹具结构示意图；

图4是本发明磨光工作时结构示意图；

图5是本发明磨光夹具结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细描述：

如图1、图2、图4所示，本发明的金相样品磨光抛光机包括夹具基座7、磨光夹具22、抛光夹具8、抛光剂容器2和抛光剂流速调节器6。

夹具基座设有中心通孔20和用于置放夹具的夹具孔19。夹具孔至少设有三个且任意两两相邻夹具孔的圆心连线都构成一个正三角形。夹具基座上优选设置18个夹具孔且任意两两相邻夹具孔的圆心连线都构成一个正三角形。工作时，夹具基座通过夹具基座架15置于金相样品磨光抛光机上。夹具基座最好用超高分子量聚乙烯材料制成。夹具孔内壁沿圆周均匀分布三个限位槽。

如图4、图5所示，磨光夹具中间设有嵌样孔25用于置放样品14。在嵌样孔外围设有石蜡环槽26。石蜡环槽顶部还设置有通气孔27。在石蜡环槽内设置石蜡环21，石蜡环末端与石蜡环槽端面齐平。石蜡环与石蜡环槽内腔顶部之间设有活动垫片23。嵌样孔中设置有活塞24。石蜡环为热浇注入石蜡环槽内。活塞的材质选用橡胶。

如图2、图3所示，抛光夹具中间设有嵌样孔17。在嵌样孔外围设有石蜡环槽16。石蜡环槽顶部还设置有通气孔。在石蜡环槽内设置石蜡环10，石蜡环末端与石蜡环槽端面齐平。石蜡环与石蜡环槽内腔顶部之间设有活动垫片9。嵌样孔中设置有凹形活塞11。凹形活塞下端面向上凹陷，在凹形活塞下面设有凸形夹13。凸形夹上端有凸起、下端敞开以置放样品14。凸形夹的凸起部分通过轴承12活动连接于凹形活塞的凹陷内。石蜡环为热浇注入石蜡环槽内。活塞的材质选用橡胶。

磨光夹具和抛光夹具的石蜡环槽内腔设有石蜡调位棒、嵌样孔中设有样品调位棒。

夹具为圆柱形。夹具中间的嵌样孔内壁也是圆柱形。石蜡环槽在嵌样孔的外围。石蜡环槽顶部的通气孔可以是1个或2个以上，优选为4个。

如图2所示，抛光剂容器通过抛光剂流速调节器置于夹具基座的中心通孔上。抛光剂容器上下均设有开口，开口连接有瓶盖1、4。抛光剂容器下开口通过下瓶盖4连接于抛光剂流速调节器。抛光剂容器下瓶盖设置有偏心孔，该偏心孔与抛光剂流速调节器连通以便抛光剂容器内的抛光剂流入抛光剂流速调节器。

抛光剂流速调节器设有抛光剂通道。抛光剂通道上端开口连通抛光剂容器下瓶盖偏心孔、下端开口连通夹具基座的中心通孔。

抛光剂容器内设有搅拌装置3。若抛光剂出现沉淀，则上下推拉搅拌棒使抛光剂混合均匀。

抛光剂流速调节器的抛光剂通道内设有软管5，该软管沿抛光剂通道轴向布置、其上端开口连通抛光剂容器下瓶盖偏心孔。抛光剂通道壁上设有垂直于抛光剂通道且贯穿于通道壁的调节螺孔，该调节螺孔中设置有调节螺栓，该调节螺栓进入抛光剂通道的一端与软管外壁接触。抛光剂流速调节器还设有自来水通道，该自来水通道上端开口通过调节水阀连通自来水管、下端开口连通夹具基座的中心通孔。调节水龙头可以控制自来水流速。通过长柄螺丝刀调节螺丝挤压抛光剂软管可以调节抛光剂流速。

工作过程如下：

1.磨光过程

1）将磨光夹具倒置于水平玻璃板上，即带小孔一段朝下，并将活动垫片放入磨光夹具石蜡环槽中。

2）将石蜡粒放入试管中，然后将盛有石蜡粒的试管放入大烧杯中，再往大烧杯中注入开水，静置待石蜡熔化，将熔化后的石蜡注入磨光夹具石蜡环槽内腔中填满后静置冷却凝固。

3）通过石蜡调位棒按压活动垫片将石蜡位置稍稍向下调整，用砂纸磨去石蜡冷却时因热胀冷缩形成的凹坑，以获得与夹具端面平齐的石蜡环。

4）将镶好的样品嵌入样品夹具中，用样品调位棒调整活塞的位置至样品表面与夹具端面平齐。

5）在磨光机中铺设好所需粒度的砂纸，再把夹具基座架设在铺好砂纸的磨光抛光机上。

6）将步骤4）中嵌有样品的夹具嵌入架设在第一道砂纸的夹具基座的夹具孔中，并根据样品磨光所需压力的不同，往样品夹具中注入相应质量的水或再在夹具上方加上配重块。

7）启动磨光抛光机，30-60秒后拿起夹具观察样品划痕情况，若划痕不均匀或方向不一致则继续磨光；若划痕均匀且方向一致则转入第二道砂纸磨光，且保持磨光方向与第一道砂纸的磨光方向成60°。30-60秒后，若第一道砂纸留下的划痕已被完全磨去，则转入第三道砂纸上进行磨光，磨光方向与此前两道砂纸磨光方向都成60°。30-60秒后，若第二道砂纸留下的划痕已被完全磨去，且第三道砂纸留下的划痕均匀且方向一致则转入第四道砂纸。重复以上步骤，直至磨完最后一道砂纸。

2.抛光过程

1）按前述方法将石蜡粒熔化，注入抛光夹具石蜡环槽，填满后静置冷却凝固。

2）按前述方法获得与夹具端面平齐的石蜡环。

3）将磨光后的样品嵌入抛光夹具，用样品调位棒调整抛光夹具中的橡胶活塞，使样品表面与夹具端面平齐。

4）将夹具基座架设在磨光抛光机上，将嵌好样品的磨光抛光夹具嵌入基座夹具孔中。

5）通过抛光剂流速调节器将抛光剂与水混合，调节水龙头控制自来水流速。通过长柄螺丝刀调节螺丝挤压抛光剂软管以调节抛光剂流速。

6）启动磨光抛光机，2-3min后取出样品观察，直至抛到没有划痕为止。若抛光剂出现沉淀，则上下推拉搅拌棒使抛光剂混合均匀。