一种疲劳试样的表面打磨装置的制作方法

1.本发明涉及试验台架技术领域，具体地说是一种疲劳试样的表面打磨装置。


背景技术：

2.疲劳测试通过金属材料实验测定金属材料的疲劳极限，绘制材料的s-n曲线，进而观察疲劳破坏现象和端口特征，进而学会对称循环下测定金属材料疲劳极限的方法。疲劳测试对标准试样尺寸精度以及表边粗糙度要求较高，且测试结果往往差异较大，更需要保证试样状态的准确性和一致性。
3.疲劳试样在cnc加工成型刀具切削过程中会产生较高的残余应力，不同加工工艺下的试样表面残余应力变化较大。疲劳试样在是疲劳测试条件下，裂纹通常从表面萌生，表面形貌、表面微观组织结构和残余应力会影响疲劳强度。错估材料的疲劳寿命，将导致不安全的后果。因此，为了准备测试材料的疲劳寿命与强度，减少数据的分散性，必须严格控制试样表面残余应力水平，有研究表明，试样表面残余应力对疲劳强度影响程度随着表面粗糙度的增加而减少。为了剔除表面残余应力对疲劳强度的影响，有必要进一步提高疲劳试样表面的光洁度。
4.镁铝合金具有密度低、力学性能好、铸造性能好，在汽车工业、航天航空工业、电子工业等领域被大量使用。镁铝合金的力学性能是影响材料使用性能的重要因素，应按gb/t 307521制造狗骨状样品并进行疲劳性能测试。由于样品形状复杂，多采用数控车削、手工砂纸打磨或不打磨的方法进行加工。这种加工方法人为造成的误差大，试样尺寸不能保证，试样同轴度差；试样表面不打磨的情况下，表面存在刀痕，后续进行试验会影响试样结果；试样表面打磨的情况下，耗费人工，需要工人一直手工打磨，效率低，且局部尺寸不容易保证，人为随机因素及误差会导致试验结果测量不准确。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明旨在提出一种疲劳试样的表面打磨装置，克服现有技术存在的数控车削、手工砂纸打磨的方法进行加工，试样表面存在刀痕、尺寸不标准、同轴度差的问题。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种疲劳试样的表面打磨装置，包括打磨架和台架，所述打磨架上设置有能够上下左右运动的打磨头，所述台架上设置有台面，所述台面上相对设置有电动机和调节固定轨，所述电动机的输出端固定连接有传动轴，传动轴端头设设置有卡头和顶针，传动轴承座固定在调节固定轨上，传动轴承座上设有传动轴承，轴承连接传动轴，传动轴端头设有卡头和顶针。
7.在一些实施例中，所述打磨架包括主架、水平滑道、打磨头、伸缩式冷却管和喷头，述打磨头包括滑块、力传感器、a字架、固定杆和打磨砂纸。
8.在一些实施例中，所述主架包括制动箱、主梁、垂直滑道一、垂直滑道二，主梁两端
固定连接垂直滑道一和垂直滑道二，主梁及两垂直滑道内设有传动系统。
9.在一些实施例中，所述垂直滑道内传动系统可使水平滑道在垂直滑道上垂直位移，水平滑道内设有传动系统；水平滑道上安装打磨头，滑块安装于水平滑道内，滑块底端两侧固定a字架，a字架之间设有力传感器，a字架下方设有固定杆，固定杆连接固定打磨砂纸；水平滑道内传动系统可将打磨头在水平滑道上水平方向位移。
10.在一些实施例中，伸缩式冷却管安装固定于水平滑道内，端头设有喷头。
11.相对于现有技术，本发明所述的疲劳试样的表面打磨装置具有以下优势：本发明设定试样规格后，由于本试样加工制作全程不下加工夹头，自动打磨至标准尺寸要求，全程机器控制加工，减少了人为随机因素及误差。所获试样尺寸精确、规格统一，试样同轴度高，操作简单。所获试样表面打磨均匀，无刀痕，粗糙度好，更真实准确的反映出材料的拉伸性能。实用多种规格试样，试样加工全自动进行，提高生产效率。
12.1.所获试样尺寸精确、规格统一，试样同轴度高。
13.2.所获试样表面打磨均匀，无刀痕，粗糙度好，可达ra0.1 μm~ra0.2 μm，能够保证后续疲劳试验的准确性，传统加工方法粗糙仅能达到ra0.8 μm。
14.3.能够加工掉试样在车削过程中的表面形成的硬化层，更真实准确的反应出材料的疲劳性能。
15.4. 同时试样加工全程机床自动进行，节省人力，提高生产力。
附图说明
16.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明一种疲劳试样的表面打磨装置的示意图。
17.图2为本发明一种疲劳试样的表面打磨装置的主视图。
18.图3为本发明一种疲劳试样的表面打磨装置的打磨架示意图。
19.图4为本发明一种疲劳试样的表面打磨装置的打磨头示意图。
20.图5为本发明一种疲劳试样的表面打磨装置的台架示意图。
21.附图标记说明1-打磨架；2-制动箱；3-主梁；4-垂直滑道一；5-垂直滑道二；6-水平滑道；7-打磨头；8-滑块；9-力传感器；10-a字架；11-固定杆；12-打磨砂纸；13-伸缩冷却管；14-喷头；15-试样；16-台架；17-台面；18-电动机；19-传动轴；20-卡头；21-顶针；22-传动轴承；23-传动轴承座；24-调节固定轨；25-螺栓。
具体实施方式
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
23.下面将参考附图并结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.下面参考图1至图5并结合实施例描述本发明实施例的疲劳试样的表面打磨装置。
25.一种疲劳试样的表面打磨装置，包括打磨架1、台架16两部分。所述打磨架1包括主架、水平滑道6、打磨头7、伸缩式冷却管13和喷头14。上述主架由制动箱2、主梁3、垂直滑道一4、垂直滑道二5；所述打磨头7包括滑块8、力传感器9、a字架10、固定杆11和打磨砂纸12；台架1包括电动机18、传动轴19、卡头20、顶针21、传动轴承22，传动轴承座23、调节固定轨24、螺栓25组合而成。本装置主架上方设有制动系统，主梁两端连接固定垂直滑道一和垂直滑道二，制动箱、主梁、垂直滑道一、垂直滑道二组合成主架，主梁及两垂直滑道内设有传动系统；主梁下方，两垂直滑道间连接水平滑道，垂直滑道内传动系统可使水平滑道在垂直滑道上垂直位移，水平滑道内设有传动系统；水平滑道上安装打磨头，滑块安装于水平滑道内，滑块底端两侧固定a字架，a字架之间设有力传感器，a字架下方设有固定杆，固定杆连接固定打磨砂纸；水平滑道内传动系统可将打磨头在水平滑道上水平方向位移；伸缩式冷却管安装固定于水平滑道内，端头设有喷头；台架上面设有电动机，电动机连接传动轴，传动轴端头设有卡头、顶针；调节固定轨固定在台面17上，传动轴承座螺栓固定在调节固定轨上，传动轴承座设有传动轴承，轴承连接传动轴承，传动轴端头设有卡头、顶针。
26.将卡头顶针顶在预打磨试样15两端圆心并卡紧；根据目标打磨粗糙度选取所需打磨砂纸规格型号，并将打磨砂纸固定在固定杆上；启动打磨装置获取预打磨试样数据，技术方案通过力传感器信息反馈至自动控制器；设置试样规格；自动控制器根据上述数据计算出打磨轨迹及打磨程度；启动加工夹头，试样旋转；打开伸缩冷却管，调整喷头位置；打磨。打磨砂纸通过垂直滑道调整径向打磨轨迹位移，水平滑道调整轴向打磨轨迹位移。全程自动打磨。
27.本发明设定试样规格，通过力传感器反馈数据信息至自动控制器，自动控制器自动调整试样轴向、径向打磨位移及打磨程度。可以实现全自动试样打磨，减少了人为随机因素及误差，所获试样尺寸精确、规格统一，试样同轴度高，所获试样表面打磨均匀，无刀痕，粗糙度好，可达ra0.1μm~ra0.2μm，传统加工方法粗糙度仅能达到ra0.8μm，能够保证后续试验的准确性，能够加工掉试样在车削过程中的表面形成的硬化层，更真实准确的反应出材料的疲劳性能。
28.由于具有上述结构，本技术方案的加工装置可用于多种合金材料的制作，主要是镁合金、铝合金材料。
29.参照图附图，本技术方案提供了一种镁、铝合金材料的试样加工装置，结构包括打磨架如图2所示、台架如图2所示两部分。所述打磨架如图2所示包括主架如图1所示、水平滑道如图1所示、打磨头如图1所示、伸缩式冷却管如图3所示和喷头如图3所示。主梁如图3所示上方设置制动箱如图3所示、主梁两端固定连接垂直滑道一如图3所示、垂直滑道二如图3所示组合而成主架；主梁及两垂直滑道内设有传动系统；主梁下方，两垂直滑道间连接水平滑道如图3所示，垂直滑道内传动系统可使水平滑道在垂直滑道上垂直位移，水平滑道内设有传动系统；水平滑道上安装打磨头如图3所示，滑块如图4所示安装于水平滑道内，滑块底端两侧固定a字架如图4所示，a字架之间设有力传感器如图4所示，a字架下方安装固定杆如图4所示，固定杆连接固定打磨砂纸如图4所示组合构成打磨头如图1所示；水平滑道内传动系统可将打磨头在水平滑道上水平方向位移；伸缩式冷却管如图3所示安装固定于水平滑道内，端头设有喷头如图3所示；台面如图5所示上面设有电动机如图5所示，电动机连接传
动轴如图2所示，传动轴端头设有卡头如图2所示，卡头装夹面圆心处设有顶针如图2所示；调节固定轨如图5所示固定在台面上，传动轴承座如图5所示螺栓如图5所示固定在调节固定轨上，传动轴承座设有传动轴承如图5所示，传动轴承连接传动轴承如图2所示，传动轴端头设有卡头如图2所示、顶针如图2所示，固定在电动机上的传动轴、卡头、顶针与连接在传动轴承的传动轴、卡头、顶针要同轴，且轴线水平。
30.滑动传动轴承座，将卡头顶针顶紧cnc加工后的疲劳试样两端面圆心，螺栓固定传动轴承座，更换600~800目的打磨砂纸，设定好所加工试样规格，启动设备，试样沿着试样轴向中心线转动，转动速率600~900r/min，做旋转运动，打磨砂纸沿着试样轴向平行段往复运动，同时通过纯水喷头喷洒试样表面，防止因摩擦生热导致试样表面形态与组织发生变化，打磨至1~3分钟后，暂停设备，粗糙度仪测量试样表面后，粗糙度仪测量表面粗糙度控制在ra0.8μm以下，更换1200~1500目的打磨砂纸，重复以上过程，打磨至3~5分钟，暂停设备，粗糙度仪测量试样表面后，粗糙度仪测量表面粗糙度控制在ra0.5μm以下，更换2000目的打磨砂纸或抛光布，继续重复以上过程，打磨5~10分钟，粗糙度仪测量试样表面后，粗糙度仪测量表面粗糙度控制在ra0.2μm以下，卸载试样。进行下一根试样打磨。同材质试样的表面打磨可根据上一道程序检测的打磨时间进行设定，无需重复测量表面粗糙度，可重复性高，避免误差。
31.相对于现有技术，本发明的疲劳试样的表面打磨装置具有以下优势：本发明设定试样规格后，由于本试样加工制作全程不下加工夹头，自动打磨至标准尺寸要求，全程机器控制加工，减少了人为随机因素及误差。所获试样尺寸精确、规格统一，试样同轴度高，操作简单。所获试样表面打磨均匀，无刀痕，粗糙度好，更真实准确的反映出材料的拉伸性能。实用多种规格试样，试样加工全自动进行，提高生产效率。
32.1.所获试样尺寸精确、规格统一，试样同轴度高。
33.2.所获试样表面打磨均匀，无刀痕，粗糙度好，可达ra0.1 μm ~ra0.2 μm，能够保证后续疲劳试验的准确性，传统加工方法粗糙仅能达到ra0.8 μm。
34.3.能够加工掉试样在车削过程中的表面形成的硬化层，更真实准确的反应出材料的疲劳性能。
35.4. 同时试样加工全程机床自动进行，节省人力，提高生产力。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
37.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
38.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可
以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。