一种基于流体特性的金相试样万能固定装置的制作方法

本发明涉及一种基于流体特性的金相试样万能固定装置，属于金属材料金相分析设备技术领域。

背景技术：

金相检测或金相分析是研究金属材料结晶规律与机械性能的重要手段，从二维金相试样磨面或薄膜的显微组织测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。并与材料的机械性能建立内在联系，为科学地评价、合理地使用合金材料提供可靠的数据。所以金相试样磨抛的制备关系到金相组织的观察和分析。

金相试样的磨抛没有专用的夹具，而且由于金相试样的复杂性和多样性，很多不规则形状的试样不能直接进行磨抛，必须将试样进行热镶或冷镶后再进行磨抛，降低了工作效率，提高了试样磨抛成本，镶嵌过程中还可能会对试样组织产生影响。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种基于流体特性的金相试样万能固定装置，可以对不同形状的试样进行夹持固定，提高试样夹具的通用性，提高工作效率。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于流体特性的金相试样万能固定装置，包括底座、支撑柱、支撑盘、夹具，所述底座上固定有支撑柱，所述支撑盘固定在支撑柱上，所述夹具可脱离地设置在所述支撑盘上，所述夹具上开设用于设置试样的型腔，所述支撑盘上开设沉孔，所述沉孔与型腔相匹配并且上下贯通，所述支撑盘侧面开设进液通道，所述进液通道与沉孔连通，所述进液通道通过管路与流体充装系统相连，流体充装系统将可凝固的流体经由进液通道填入沉孔并溢入型腔，使型腔内的试样部分浸没在流体中；所述夹具的配置有使流体凝固的制冷部件和使凝固的流体再融化的加热部件，型腔内凝固的流体对试样临时固定。

还包括试样固定机构，所述试样固定机构包括固定架和压板，所述压板通过固定架支撑在底座上，压板位于夹具上方且能够相对夹具下压或上抬，且通过压板的下压将试样临时固定在型腔内。

所述夹具上开设若干个型腔，若干个所述型腔在夹具上呈圆周均匀布置，所述型腔为圆形通孔结构。

所述支撑盘上的沉孔与型腔数量相等，沉孔与型腔一一对应，所述沉孔与型腔上下贯通的径向结合面上设有密封圈。

所述进液通道的数量与沉孔数量相等，进液通道与沉孔一一对应连通，所述进液通道或沉孔内设有用于监测流体温度的温度传感器。

所述制冷部件为液体二氧化碳储罐，所述二氧化碳储罐的出液管延伸至夹具的型腔以将作为降温介质的液体二氧化碳快速喷入型腔使型腔内的流体降温凝固，出液管管路上设置开闭管路的电磁阀。

所述加热部件为热风机。

所述夹具顶部设置有突出的定位柱，所述支撑盘上对应地设置有供所述定位柱伸入的定位孔。

与现有技术相比，本发明的优点在于：一种基于流体特性的金相试样万能固定装置，将规则或者不规则的试样放入夹具的型腔内，压板下压将试样压平并固定在该型腔内不动。通过流体充装系统将流体泵入进液通道后填入沉孔并溢至型腔内，由于流体的流动性，流体将试样包围。待夹具型腔内的流体达到合适容量时，停止充装。此时制冷部件开始工作，制冷介质迅速对夹具型腔内的流体进行降温，而整个降温过程都由温度传感器实时监测温度。待温度降到流体凝固点以下并保持一定时间后，流体完全凝固，此时停止降温。试样被冻住的流体包围，从而被固定。将夹具从支撑盘上取下后拿到磨床上快速研磨试样。当试样研磨结束之后，夹具再次放置在支撑盘上，通过电热丝气流加热，将先前凝固的流体快速融化，并通过流体充装系统将流体回收，最后试样便可轻易取出。本申请中的夹具型腔可以对多种形状的试样进行固定，而不受试样外形的限制，属于万能的固定装置，提高了试样夹具的通用性，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例一种基于流体特性的金相试样万能固定装置的示意图；

图2为本发明实施例一种基于流体特性的金相试样万能固定装置的局部剖视图；

图3为本发明实施例一种基于流体特性的金相试样万能固定装置中夹具内设置圆形试样的示意图；

图4为本发明实施例一种基于流体特性的金相试样万能固定装置中夹具内设置三角形试样的示意图；

图5为本发明实施例一种基于流体特性的金相试样万能固定装置中夹具内设置异形试样的示意图；

图中1底座、2支撑柱、3支撑盘、4固定架、5夹具、6试样、7压板、8加热部件、9制冷部件、10电磁阀、11流体充装系统、12流体、13进液通道、14温度传感器、15型腔、16密封圈、17定位柱。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1、2所示，本实施例中的一种基于流体特性的金相试样万能固定装置，包括底座1、支撑柱2、圆形支撑盘3、夹具5，底座1上固定有支撑柱2，圆形支撑盘3固定在支撑柱2上，夹具5顶部中心设有突出的定位柱17，在支撑盘3上对应的开设供定位柱伸入的定位孔，使得夹具5设于支撑盘3内，夹具5上开设多个用于设置试样6的型腔，且型腔在夹具5上呈圆周均匀布置，型腔为通孔结构。圆形支撑盘3上开设与型腔相对应的沉孔，沉孔与型腔上下贯通，沉孔与型腔上下贯通的径向结合面上设有密封圈16，用于将每一个型腔与圆形支撑盘3上对应的沉孔进行密封，保证流体12不泄露。圆形支撑盘3侧面开设多个进液通道13，每个进液通道13的出口与对应的沉孔连通。进液通道13进口通过管路与流体充装系统11相连，流体充装系统11将可凝固的流体经由进液通道13填入沉孔并溢入型腔，使型腔内的试样6部分浸没在流体12中；夹具5的配置有使流体12凝固的制冷部件9和使凝固的流体12再融化的加热部件8，型腔内凝固的流体12对试样6临时固定。

本申请还设有固定机构，固定机构包括固定架4和压板7，压板7通过固定架4支撑在底座1上，压板7位于夹具5上方且能够相对夹具5下压或上抬，且通过压板7的下压将试样临时固定在型腔内。

进液通道13出口处或沉孔内分别设有温度传感器14，温度传感器14用于监测流体的温度。

上述流体充装系统11的主要作用是将流体12从流体罐中快速流出和融化后快速将流体回收至流体罐。

上述所选用的流体12为无毒、常温下为液体，并且熔点稳定且不与试样6发生化学反应的流体。流体12可以是水、部分非牛顿流体、部分化合物、部分溶液。

上述制冷部件9为液体二氧化碳储罐。采用液体二氧化碳喷射制冷方案，充分利用了液体二氧化碳的特性，即二氧化碳喷出后，产生节流膨胀效应，转化成干冰和二氧化碳气体，而干冰的温度为-78摄氏度，所以干冰可以快速的将流体降温。同时，二氧化碳是惰性气体，无污染，不与试样发生化学反应。

上述加热部件8为热风机。采用电热丝气流加热方案，在功率较大时，加热速度非常快。

由于夹具5本身尺寸较小，因此型腔的容量有限，所以流体12的容量也不大。因此通过制冷部件9和加热部件8可以快速的对流体12进行凝固和融化。

本申请的实施方法和实施原理是：将金相试样6放入夹具5的型腔内，压板7下压对试样6进行压平固定。流体充装系统11开始工作，本实施例中流体12采用纯净水，流体12充装至进液通道13，后流入沉孔和夹具5的型腔内。进入型腔的流体12由于其本身的流动性，会逐渐将试样6包围。当流体12即将充满型腔时，流体充装系统13关闭。此时流体12处于相对稳定状态。制冷部件9开始工作，在本实施例中采用的液体二氧化碳作为制冷介质，打开电磁阀10，液体二氧化碳喷出。喷出口的液体二氧化碳会产生节流膨胀效应，液态二氧化碳转化成干冰粉末和二氧化碳气体。气体会自行分散到大气中，干冰粉末的存在温度为-78摄氏度，极低的温度会促使型腔内的流体12快速降温，最终凝固。由于型腔内水的体积有限，而干冰温度又极低，因此可以在极短的时间内对流体12进行降温并冻住。被冻住的水成了水冰，与此同时水冰也将试样6一起冻住并固定在夹具5内。这种方法对试样6外形无任何要求，均可全方位包围，进而凝固，形成固定。将夹具5从圆形支撑盘3上脱离，拿到磨床上进行试样研磨。研磨的工作往往是很快的，因此在研磨的过程中，流体12可以在一定时间内保持凝固的状态。完成研磨工作的试样12随着夹具5装回圆形支撑盘3上。此时，加热部件8开始工作，本实施例中加热系统8选用电热丝气流加热。当选用大功率加热丝时，热气流可以快速的将先前凝固的流体12融化。再通过流体充装系统11将流体回收回去。最后，将研磨后的试样6从型腔内取出。

上述基于流体特性的金相试样6固定方法可以对不同截面形状的试样进行万能固定。如图3、图4和图5所示，试样6可以为圆柱形、三角形或异形结构。在金相试样工作过程中，提高了夹具5的通用性，提高了工作效率。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。