一种疲劳试棒轴向抛光装置及其使用方法与流程

本发明涉及金属材料轴向疲劳试棒的机械加工及表面处理技术，尤其涉及一种疲劳试棒轴向抛光装置及其使用方法。

背景技术：

金属材料疲劳性能的测试与研究对于包括航空、航天、汽车、船舶等在内的众多重要工业领域具有重要意义。疲劳是一种对材料表面质量和状态高度敏感的失效形式，因此需要特殊的低应力抛光工序来保证试验件表面残余应力范围处于低应力状态，且轴向表面粗糙度足够低。目前，国外航空发动机制造厂商的相关企业标准(例如，gep1tf79、msrr9968、snecma等)均要求疲劳测试试验件必须经过轴向抛光处理。nadcapacchecklist也做出了类似规定(包括acchecklist7101/3及acchecklist7101/7)。金属材料轴向疲劳试验的相关国际及国内标准，(例如，astm-e466、gb/t3075等)也要求试验件机械加工流程最后一道工序必须沿试样轴向进行抛光，直至试样轴向表面粗糙度不大于ra0.2μm。现有的疲劳试棒轴向抛光装置存在体积庞大、结构复杂、成本高昂、抛光效率低等众多问题。因此，有必要研制新型的疲劳试棒轴向抛光装置，以克服上述缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种疲劳试棒轴向抛光装置及其使用方法，以简化结构，便于操作，提升抛光效率。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种疲劳试棒轴向抛光装置，包括支撑组件、轴向移动组件、夹持组件以及抛光组件，轴向移动组件与抛光组件装设于支撑组件上，夹持组件装设于轴向移动组件上，由轴向移动组件带动夹持组件轴向移动，疲劳试棒置于夹持组件上，抛光组件与夹持组件位置对应，由抛光组件对疲劳试棒进行轴向抛光处理；

具体地，

轴向移动组件包括托板、轴向导轨、轴向运动驱动机构，轴向导轨与轴向运动驱动机构装设于支撑组件上，托板装设于轴向导轨上，并可沿轴向导轨移动，轴向运动驱动机构与托板衔接，由轴向运动驱动机构带动托板移动，夹持组件装设于托板上；

轴向导轨两端分别固定于支撑组件上，各轴向导轨上分别设有导块，导块与轴向导轨形状适配，各导块均固定于托板底面，使托板板可通过导块沿轴向导轨移动；

夹持组件包括固定夹板、移动夹板以及调节导轨，固定夹板以及调节导轨固定安装于托板顶面，移动夹板装设于调节导轨上，并可沿调节导轨移动，调节导轨与轴向移动组件的轴向导轨相互平行，疲劳试棒置于固定夹板与移动夹板之间；

固定夹板上装设有低速电机与卡盘，低速电机的动力输出轴与卡盘连接；

移动夹板朝向卡盘一侧装设有顶针，移动夹板底部具有调节导座，调节导座与调节导轨形状适配，移动夹板通过该调节导座沿调节导轨移动，调节导座中装设有紧定螺栓，可将调节导座固定于调节导轨上；

疲劳试棒一端装夹于卡盘上，其另一端由顶针顶住，调节导座上的紧定螺栓锁紧后，顶针位置固定，由低速电机带动卡盘、疲劳试棒和顶针共同转动；

抛光组件包括龙门支架、抛光头以及预紧弹簧，龙门支架由一根横梁和两根立柱组成，横梁横跨于夹持组件和支撑组件上方，抛光头通过预紧弹簧连接于横梁上，正对下方疲劳试棒中间标距段位置；

龙门支架的两根立柱分别插入支撑组件中，可上下移动调节龙门支架的高度；

轴向运动驱动机构可采用曲柄连杆机构等往复运动机构，在本发明的一个实施例中，轴向运动驱动机构包括高速电机、曲柄、连杆以及滑块，高速电机固定于支撑组件上，其动力输出轴与曲柄固定连接，高速电机的动力输出轴与轴向导轨相互垂直，曲柄位于轴向导轨下方，其轴线与轴向导轨的轴线位于同一平面，由高速电机带动曲柄转动，曲柄末端与连杆转动连接，由曲柄带动连杆往复摇动，连杆末端与滑块转动连接，滑块固定于托板底面，由连杆带动滑块及托板往复移动；

在本发明的一个实施例中，支撑组件包括一对横向撑板、一对轴向撑板和一块底板，横向撑板之间相互平行，固定于底板之上，并与轴向移动组件的轴向导轨相互垂直，轴向导轨两端分别固定于横向撑板内壁；

轴向撑板之间相互平行，固定于底板之上，并与横向撑板相互垂直，轴向撑板外侧装设有插接槽，插接槽与龙门支架的立柱适配，插接槽外壁装设有定位螺栓。

上述疲劳试棒轴向抛光装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)将疲劳试棒一端夹装于卡盘上；

(2)使移动夹板沿调节导轨移动，直至顶针顶住疲劳试棒另一端，旋紧紧定螺栓固定移动夹板的位置；

(3)向下移动龙门支架，直至抛光头被预紧弹簧压在疲劳试棒中间标距段的表面上，旋紧定位螺栓固定龙门支架的高度；

(4)启动高速电机，使疲劳试棒进行轴向高速往复直线运动；

(5)启动低速电机，使疲劳试棒进行周向低速旋转运动；

(6)抛光完成后，依次停止高速电机和低速电机，松开定位螺栓，上移龙门支架，松开紧定螺栓，后移移动夹板，使顶针与疲劳试棒脱离，取下疲劳试棒，检查疲劳试棒表面的粗糙度及残余应力，满足要求则结束抛光，如不满足要求则重复步骤(1)～(5)，直至满足要求。

本发明中，所述疲劳试棒为圆柱体，圆柱体全长范围内圆柱度公差不大于0.01mm，圆柱面表面粗糙度抛光前不大于ra1.6μm，抛光后不大于ra0.2μm；

所述高速电机的转速不低于600r/min；

所述低速电机的转速不高于5r/min；

所述低速电机、卡盘、疲劳试棒和顶针组成的整体在轴向的同轴度优于0.005mm/mm。

本发明的优点在于：

1.该疲劳试棒轴向抛光装置利用曲柄滑块机构将高速电机的连续转动转化为夹持组件的轴向高速往复直线运动，同时采用低速电机带动疲劳试棒在卡盘与顶针之间缓慢旋转，简便地实现疲劳试棒的轴向高速往复与周向低速旋转的复合运动，结合抛光头快速实现疲劳试棒轴向抛光；

2.通过调整龙门支架高度结合预紧弹簧，简便、快捷地调整抛光头与疲劳试棒的接触力；

3.设置多个工位，可同时进行多个疲劳试棒的轴向抛光处理，抛光效率显著提高；

4.该装置尺寸小巧，结构简单，操作方便，使用和维护成本低廉，抛光效率高，对于快速、有效实现疲劳试棒的轴向抛光处理具有很高的实用价值。

附图说明

图1是本发明提出的疲劳试棒轴向抛光装置的顶部结构示意图；

图2是该疲劳试棒轴向抛光装置的底部结构示意图；

图3是支撑组件的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：

如图1～图3所示，本发明提出的疲劳试棒轴向抛光装置包括支撑组件、轴向移动组件、夹持组件以及抛光组件，轴向移动组件与抛光组件装设于支撑组件上，夹持组件装设于轴向移动组件上，由轴向移动组件带动夹持组件轴向移动，疲劳试棒置于夹持组件上，抛光组件与夹持组件位置对应，由抛光组件对疲劳试棒进行轴向抛光处理；

具体的，轴向移动组件包括托板1、轴向导轨2、轴向运动驱动机构。轴向导轨2与轴向运动驱动机构装设于支撑组件上，托板1装设于轴向导轨2上，并可沿轴向导轨2移动，轴向运动驱动机构与托板1衔接，由轴向运动驱动机构带动托板1移动，夹持组件装设于托板1上；

轴向导轨2两端分别固定于支撑组件上，轴向导轨2上分别设有导块3，导块3与轴向导轨2形状适配，导块3固定于托板1底面，并可沿轴向导轨2移动；

轴向运动驱动机构包括高速电机4、曲柄5、连杆6以及滑块7。高速电机4固定于支撑组件上，其动力输出轴与曲柄5固定连接，高速电机4的动力输出轴与轴向导轨2相互垂直，曲柄5位于轴向导轨2下方，其轴线与轴向导轨2的轴线位于同一平面，由高速电机4带动曲柄5转动，曲柄5末端与连杆6转动连接，由曲柄5带动连杆6往复运动，连杆6末端与滑块7转动连接，滑块7固定于托板1底面，由连杆6带动滑块7及托板1往复移动；

夹持组件包括固定夹板8、移动夹板9、调节导轨10，固定夹板8以及调节导轨10固定安装于托板1顶面，移动夹板9装设于调节导轨10上，并可沿调节导轨10移动。调节导轨10与轴向移动组件的轴向导轨2相互平行，疲劳试棒11置于固定夹板8与移动夹板9之间；

固定夹板8上装设有低速电机14，低速电机14的动力输出轴与卡盘12连接；

移动夹板9朝向卡盘12一侧装设有顶针13，底部具有调节导座15，调节导座15与调节导轨10形状适配，移动夹板9可通过调节导座15沿调节导轨10移动，调节导座15上装设有紧定螺栓16，可将调节导座15固定于调节导轨10上；

疲劳试棒11一端装夹于卡盘12上，其另一端由顶针13顶住，然后锁紧调节导座15上的紧定螺栓16，固定顶针13位置，低速电机14带动卡盘12、疲劳试棒11和顶针13共同转动；

支撑组件包括一对横向撑板19、一对轴向撑板20和一块底板25，横向撑板19之间相互平行，固定于底板25之上，并与轴向移动组件的轴向导轨2相互垂直，轴向导轨2两端分别固定于横向撑板19内壁；

轴向撑板20之间相互平行，固定于底板25之上，并与横向撑板19相互垂直，轴向撑板20外侧装设有插接槽22，插接槽22外壁上装设有定位螺栓23；

抛光组件包括龙门支架、抛光头18和预紧弹簧24，龙门支架有一根横梁17和两根立柱21组成，横梁17横跨于夹持组件和支撑组件上方，抛光头18通过预紧弹簧24连接于横梁17上，正对下方疲劳试棒中间标距段位置；

龙门支架的两根立柱21分别插入支撑组件轴向撑板20外侧的插接槽22中，可上下移动调节龙门支架高度；

调节龙门支架高度至抛光头18被预紧弹簧24顶在疲劳试棒中间标距段的表面上，锁紧支撑组件轴向撑板20外侧插接槽22外壁上的定位螺栓23，固定龙门支架高度，由抛光头18对置于夹持组件上的疲劳试棒11中间标距段表面进行轴向抛光处理。

上述疲劳试棒轴向抛光装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)将疲劳试棒11一端夹装于卡盘12上；

(2)使移动夹板9沿调节导轨10移动，直至顶针13顶住疲劳试棒11另一端，旋紧紧定螺栓16固定移动夹板9的位置；

(3)向下移动龙门支架，直至抛光头18被预紧弹簧24压在疲劳试棒11中间标距段的表面上，旋紧定位螺栓23固定龙门支架的高度；

(4)启动高速电机4，使疲劳试棒11进行轴向高速往复直线运动；

(5)启动低速电机14，使疲劳试棒11进行周向低速旋转运动；

(6)抛光完成后，依次停止高速电机4和低速电机14，松开定位螺栓23，上移龙门支架，松开紧定螺栓16，后移移动夹板9，使顶针13与疲劳试棒11脱离，取下疲劳试棒11，检查疲劳试棒11表面的粗糙度及残余应力，满足要求则结束抛光，如不满足要求则重复步骤(1)～(5)，直至满足要求。

本实施例中，所述疲劳试棒11为圆柱体，圆柱体全长范围内圆柱度公差不大于0.008mm，圆柱面表面粗糙度抛光前为ra1.2μm，抛光后为ra0.15μm；

所述高速电机4的转速为650r/min；

所述低速电机14的转速为2r/min；

所述低速电机14、卡盘12、疲劳试棒11和顶针13组成的整体在轴向的同轴度优于0.003mm/mm。

该疲劳试棒轴向抛光装置利用曲柄滑块机构将高速电机的连续转动转化为疲劳试棒的轴向高速往复运动，实现对疲劳试棒的轴向抛光；同时采用低速电机带动疲劳试棒在卡盘与顶针之间缓慢旋转，实现度疲劳试棒周向位置调整，使得抛光头对整个疲劳试棒表面进行抛光处理；该装置尺寸小巧，结构简单，操作方便使用维护成本低廉，抛光效率高，对于快速、有效实现疲劳试棒的轴向抛光处理具有很高的实用价值。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域的技术人员了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。