实验室复合制样一体化设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种实验室复合制样一体化设备，包括机架、用于夹持待加工试样的夹具、切割头、铣削头和冲压头，所述切割头、铣削头和冲压头均设置在机架上；所述夹具固定在机架的中部，所述切割头位于夹具的一侧，所述冲压头位于夹具另一侧的机架下方，所述铣削头与夹具的钳口的位置相匹配；所述机架上还设有可驱动所述待加工试样沿夹具的钳口平移的移动机构；所述铣削头和切割头附近分别设有用于冷却所述铣削头和切割头的喷嘴，所述喷嘴与压缩气体连接。该系统可以提高金属试样的火花光谱分析以及碳硫分析仪、氧氮氢分析仪对金属材料中的微量轻元素如碳、硫、氮、氧、氢等元素的化验分析精度、缩短化验分析时间，从而直接对冶炼工艺有重大指导意义。
【专利说明】
实验室复合制样一体化设备
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种实验室复合制样一体化设备，属于实验室专用机械加工工具型设备技术领域。
【背景技术】
[0002]冶金行业为了准确检测冶炼液体的质量，需要使用取样器直接从金属熔液(如钢水)中取样，然后制作多个金属试样及时进行火花光谱、碳硫仪、氧氮氢分析仪等化验分析，以达到对冶炼工艺在线指导确保钢种的质量减少废品、提高生产效率及经济效益的目的。
[0003]—般取样器从钢水中取出的样品呈圆柱(圆台或者方台)状，在快速凝固后其端部氧化和夹渣较为严重，不能直接用来制作金属分析试样；因此要将夹渣部分需要切除(即切除渣样)，而通常制备好的金属试样化验分析包括光谱分析、荧光分析、碳硫分析以及氧氮分析等;这样制作的金属颗粒试样用于碳硫、氧氮氢分析，其余柱面通过铣削后试样用于光谱、焚光分析。
[0004]现有的金属试样多为手工制作，由此带来许多问题:I)试样切割时多为砂轮切割或热切割，有的样品还需要后续进行加热退火等处理，导致金属试样的表面容易二次氧化，这样在进行综上所述仪器化验分析时数据不准确。2)采用砂轮切割时，砂轮中所含的硅铝元素会对试样产生二次高温粉尘污染，导致金属试样的品质较差，从而影响碳硫、氧氮氢分析的精度。3)试样切割、铣削、冲分别在不同的设备上进行，并分别进行处理，需要在各设备之间进行试样转移、装夹，导致仪器分析化验分析的时间很长甚至超过两小时，因此既导致了时间上的延误，又操作繁琐，尤其是设备转移装夹过程中很容易使试样表面二次氧化和污染，直接影响成分检测分析结果，因此不能根据冶炼所需的分析仪器化验分析的结果实时在线控制调整指导冶炼当前熔炉中的金属熔液(温度、添加元素等)，而只能控制调整下一炉熔液；用砂轮片切割的样品二次污染，对精钢金属一些微量或者痕量碳、硫、氮、氧、氢等元素分析影响很大，一直是困扰精钢金属分析界的难题；因为他们对样品制取过程温升、粉尘污染、油水污染等因素都是影响结果是调整的对象不一致导致调整结果不精确而影响合格率。
[0005]综上可知，快速制作金属试样，在短时间内迅速对金属试样完成切铣冲加工，以杜绝减少其表面二次氧化和污染并及时进行火花光谱、荧光光谱仪、碳硫、氧氮氢分析仪等化验分析成为亟待解决的问题。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型要解决技术问题是:克服上述技术的缺点，提供一种可以提高金属试样的金属化验分析精度、同时减少金属化验分析时间的实验室复合制样一体化设备，从而能够根据金属化验分析的结果实时在线调整当前熔炉中的金属熔液的参数，对冶炼工艺有实质性的正确指导。
[0007]为了解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案是:一种实验室智能化复合制样设备，包括机架、用于夹持待加工试样的夹具、具有锯片的切割头、具有铣刀的铣削头和具有冲头的冲压头，所述切割头、铣削头和冲压头均设置在机架上;所述夹具固定在机架的中部，所述切割头位于夹具的一侧用于切割待加工试样，所述冲压头位于夹具另一侧的机架下方，所述铣削头与夹具的钳口位置相对应并用于铣削待加工试样;所述机架上还设有可驱动所述待加工试样沿夹具钳口平移的移动机构;所述铣削头和切割头附近设有用于冷却所述锯片、铣刀以及待加工试样的喷嘴，所述喷嘴与压缩气体连接;在使用时，所述移动机构具有三个工位，其中所述移动机构位于第一工位时，所述切割头切除所述待加工试样前端预定长度，去除夹渣样头;所述移动机构位于第二工位时，所述切割头切割所述待加工试样得到预定厚度的薄片试样，所述薄片试样传送至冲压头，并由所述冲压头进行冲压得到预定大小的颗粒试样;所述移动机构位于第三工位时，所述铣削头向所述待加工试样方向进给至预定位置后铣削所述待加工试样的端面。
[0008]在工作时，本实用新型将从取样器得到的待加工试样放入夹具中，首先由所述切割头切除所述待加工试样前端的夹渣样头，然后得到预定厚度的薄片试样，并由冲压头冲压得到预定大小的颗粒试样用于碳硫、氧氮分析等;剩余的待加工试样端面由铣削头进行铣削后得到所需的样面铣柱状试样，用于光谱分析、荧光分析等。
[0009]优选地，所述移动机构为电缸或丝杆螺母机构。
[0010]优选地，所述夹具为虎钳或卡盘。
[0011]优选地，所述锯片为圆锯片。
[0012]本实用新型带来的有益效果是:
[0013]I)本实用新型将切割、铣削和冲压放置在同一台设备中，避免了现有技术(采用不同的设备切割、铣削、冲压)需要在各设备之间进行试样转移、装夹的繁琐操作，尤其避免了设备转移装夹过程中很容易使试样表面夹杂物较多的缺陷，提高了成分检测分析的精度，而且可以在最短的时间内完成成分分析(碳硫、氧氮氢以及光谱、荧光分析等)。
[0014]另外，与现有技术相比，本实用新型实现了原先几台设备才能完成的加工，大大缩短了加工时间，避免了试样转移带来的种种二次污染等问题。
[0015]2)本实用新型采用冷切割、冷冲压，并在切割和铣削过程中采用压缩气体(或指定冷却介质)对锯片、铣刀以及待加工试样进行冷却降温，保证了试样在加工过程中不会二次氧化，进一步提高了成分检测分析的精度；同时，压缩气体可以将切割和铣削过程中产生的碎肩吹走(扫)，防止试样表面附着碎肩，影响切割和铣削的精确度以及成分检测分析的准确。
[0016]3)本实用新型采用准确的切割和冲压，仅仅通过调整移动机构的工位和冲头的尺寸，即可是得到固定大小、重量的颗粒试样，与现有技术中采用对颗粒试样进行人工称重相比，不但提高了检测的效率，而且提高了检测的准确率。
[0017]4)本实用新型通过将切割、铣削、冲压组合在一起进行加工，可以快速准确地得到所需的颗粒试样(颗粒试样的重量一般在0.5-0.8克之间，直接与碳硫、氧氮氢分析仪相匹配，不需要再进行二次加工)和端面光滑度(通常光谱分析需要端面光滑度在60-80目之间，直接与光谱分析仪匹配，也不需要再进行二次加工)，从而将原来需要超过2小时以上的检测分析过程减少到5分钟以内。这样就可以根据检测分析结果实时调整金属熔液的工艺参数，比如温度和添加的辅助元素含量等，并可以准确地得到对金属进行分析结果，从而提高了金属分类的精度和准确度，对冶炼的能耗、材料消耗会大大的降低，吨钢效益直线上升。
[0018]上述技术方案的进一步改进是:所述夹具与铣削头之间的下方设有延伸至冲压头的传送带，所述冲压头附近设有平推机构；当所述移动机构位于第二工位时，所述切割头切割得到的薄片试样滑落至传送带上，并通过输送带传送至冲压头附近预定位置后，由平推机构将薄片试样推送至冲压头的正下方。这样通过传送带和平推机构的组合，就可以准确地将薄片试样推送至冲压头的正下方，完成冲压后得到所需的颗粒试样。
[0019]上述技术方案的进一步改进是:所述切割头、冲压头和铣削头均位于装有罩窗的可封闭加工仓内。进一步地，所述罩窗优选透明材料制成的罩窗。通过罩窗可以使防止金属碎肩溅出，同时可以观察封闭加工仓内的切割头、冲压头和铣削头运行状况。
[0020]优选地，所述压缩气体为惰性压缩气体。这样可以进一步防止试样在加工过程中氧化，尤其是切割头、冲压头和铣削头均位于装有罩窗的可封闭加工仓时，效果更好。
【附图说明】
[0021 ]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0022]图1是本实用新型实施例的结构示意图。
[0023]图2是本实用新型实施例另一视角的结构不意图。
【具体实施方式】
[0024]实施例一
[0025]本实施例的实验室智能化复合制样设备，如图1和图2所示，包括机架1、用于夹持待分割试样的夹具2、具有锯片的切割头3、具有铣刀的铣削头4和具有冲头的冲压头5，切割头3、铣削头4和冲压头5均设置在机架I上。本实施例中待加工试样为圆柱形试样，当然待加工试样也可以采用圆台形试样或者方台形试样，只要适合夹具能满足的任何形状的柱状样品均可。
[0026]夹具2固定在机架I的中部，切割头3位于夹具2的一侧用于切割圆柱试样，冲压头位于夹具2另一侧的机架下方，铣削头4与夹具2的钳口位置相对应并用于铣削圆柱形试样，即在使用时，铣削头4正好能够铣削夹具2夹持的圆柱形试样。
[0027]本实施例中夹具2的位置不动，机架I上还设有可驱动圆柱形试样沿夹具2的钳口平移的移动机构7;铣削头4和切割头3附近设有用于冷却锯片、铣刀以及圆柱形试样的喷嘴(图中未示出)，喷嘴与压缩气体连接。
[0028]铣削头4通过铣削主轴电机4-1驱动进行铣削操作，由铣削进给电机4-2驱动向圆柱形试样方向平移(前进或后退)。切割头3通过切割主轴电机3-1驱动进行切割操作，由切割进给电机3-2驱动沿轨道8向圆柱形试样方向平移(前进或后退)。铣削头4和切割头3产生的金属肩通过机架平台的开口滑落至金属肩收集装置中。
[0029]本实施例中，移动机构7做优选电缸或丝杆螺母机构，夹具2优选虎钳，锯片优选圆锯片。压缩气体可以采用压缩空气或者压缩惰性气体，当采用压缩惰性气体时，防氧化效果更佳。
[0030]本实施例在使用时，移动机构7具有三个工位，其中移动机构7位于第一工位时，切割头3切除圆柱形试样前端预定长度，去除渣样;移动机构7位于第二工位时，切割头3切割所述圆柱形试样得到预定厚度的薄片试样，所述薄片试样传送至冲压头5，并由冲压头5进行冲压得到预定大小的颗粒试样;移动机构7位于第三工位时，铣削头4向所述圆柱形试样方向进给至预定位置后铣削所述圆柱形试样的端面得到所需的样面铣柱状试样。在三个工位之间切换时，夹具2先松开，然后再由移动机构7驱动圆柱形试样平移。
[0031]本实施例生产的颗粒试样可以与碳硫、氧氮分析仪直接匹配，即可以直接用于碳硫、氧氮分析，不需要再进行其他的加工或操作。本实施例生产的样面铣柱状试样，其端面的光滑度大约在60-80目，也正好与光谱分析仪直接匹配，不需要再进行其他加工操作。
[0032]本实施例的切割头3切割圆柱形试样得到的薄片试样，可以通过机械手传送至冲压头5，但这样不论设备的体积和价格均较高。因此，本实施例在夹具2与铣削头4之间的下方设有延伸至冲压头5的传送带，冲压头附近设有平推机构；当所述移动机构位于第二工位时，所述切割头切割得到的薄片试样滑落至传送带上，并通过输送带传送5至冲压头附近预定位置后，由平推机构将薄片试样推送至冲压头5的正下方，冲压头5进行冲压后得到的颗粒试样滑落至下方的颗粒试样收集容器9中。这样通过传送带和平推机构的组合，就可以准确地将薄片试样推送至冲压头的正下方，完成冲压后得到所需的颗粒试样。
[0033]一般在进行试样分析时需要三个颗粒试样，因此通常冲压头5设置三只冲头，这样仅需一次冲压即可满足要求。
[0034]实施例二
[0035]本实施例是在实施例一基础上的进一步改进，其不同之处在于:切割头3、冲压头5和铣削头4均位于装有罩窗的可封闭加工仓内，其中罩窗优选透明材料制成的罩窗。通过罩窗可以使防止金属碎肩溅出，同时可以观察封闭加工仓内的切割头3、冲压头5和铣削头4的运行状况，而且当采用压缩惰性气体时，防氧化效果也更好。
[0036]本实用新型不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换形成的技术方案，均为本实用新型要求的保护范围。
【主权项】
1.一种实验室复合制样一体化设备，其特征在于:包括机架、用于夹持待加工试样的夹具、具有锯片的切割头、具有铣刀的铣削头和具有冲头的冲压头，所述切割头、铣削头和冲压头均设置在机架上;所述夹具固定在机架的中部，所述切割头位于夹具的一侧，所述冲压头位于夹具另一侧的机架下方，所述铣削头与夹具的钳口位置相对应并用于铣削待加工试试样;所述机架上还设有可驱动所述待加工试样沿夹具的钳口平移的移动机构;所述铣削头和切割头附近设有用于冷却所述锯片和铣刀的喷嘴，所述喷嘴与压缩气体连接； 在使用时，所述移动机构具有三个工位，其中所述移动机构位于第一工位时，所述切割头切除所述待加工试样前端预定长度，去除夹渣部分样料;所述移动机构位于第二工位时，所述切割头切割所述待加工试样得到预定厚度的薄片试样，所述薄片试样传送至冲压头，并由所述冲压头进行冲压得到预定大小的颗粒试样;所述移动机构位于第三工位时，所述铣削头向所述待加工试样方向进给至预定位置后铣削所述待加工试样的端面。2.根据权利要求1所述的实验室复合制样一体化设备，其特征在于:所述夹具与铣削头之间的下方设有延伸至冲压头的传送带，所述冲压头附近设有平推机构；当所述移动机构位于第二工位时，所述切割头切割得到的薄片试样滑落至传送带上，并通过输送带传送至冲压头附近预定位置后，由平推机构将薄片试样推送至冲压头的正下方。3.根据权利要求1所述的实验室复合制样一体化设备，其特征在于:所述切割头、冲压头和铣削头均位于装有罩窗的可封闭加工仓内。4.根据权利要求3所述的实验室复合制样一体化设备，其特征在于:所述罩窗为透明材料制成的罩窗。5.根据权利要求1-3之任一所述的实验室复合制样一体化设备，其特征在于:所述压缩气体为惰性压缩气体或者压缩空气。6.根据权利要求1-3之任一所述的实验室复合制样一体化设备，其特征在于:所述移动机构为电缸或丝杆螺母机构。7.根据权利要求1-3之任一所述的实验室复合制样一体化设备，其特征在于:所述夹具为虎钳或者卡盘。8.根据权利要求1-3之任一所述的实验室复合制样一体化设备，其特征在于:所述锯片为圆锯片。9.根据权利要求1-3之任一所述的实验室复合制样一体化设备，其特征在于:所述待加工试样呈圆柱形、圆台形或者方台形。
【文档编号】G01N1/28GK205719696SQ201620483879
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】尹如, 程海, 程一海, 刘俊, 陆永斌, 邵海建
【申请人】南京和澳自动化科技有限公司