本实用新型涉及金相分析试验设备领域，特别涉及一种在金相试样制备过程中使用的抛磨夹紧装置。
背景技术：
金相分析是分析材料的手段之一，可以展现材料的真实微观组织结构，要进行金相分析，就必须制备能用于微观观察检验的金相试样。在金相分析中，制备出有代表性的试样是十分重要的。一般来说，金相试样制备要经过以下几个步骤：取样、磨光、抛光和腐蚀等过程。在无级变速抛磨机上，实验人员通常都是用手夹持金相试样，这样不仅费时费力，而且具有危险性。对于这种情况，通常的处理方法是采用先镶嵌后制备的制样工序完成制样，但是试样的镶嵌不仅镶嵌设备和镶嵌料，不能重复利用，并且耗时费力，浪费资源。
目前，已经有使用一些专门夹具夹持金相试样后进行研磨和抛光，这种方法可以解决人工夹持和金相试样镶嵌的弊端，但通常专用夹具只能针对一种规格形状的试样，但却不能做到通用性。还存在一个关键问题就是可以做到对金相试样夹紧，但是还是需要用手把持，这样造成的后果是无法对金相试样待磨抛面的水平度进行保证而使磨抛面倾斜，不利于微观组织结构的观察与分析。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种金相试样抛磨夹紧装置，具有操作方便、自动精密控制运动、便于移动、夹紧稳固、保证试样水平、适用性广、通用性强的特点。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
金相试样抛磨夹紧装置，其特征在于：
“门”字形支撑架包括水平的横架及分别配置于其两端的两根支撑立柱，横架中段固设驱动元件，支撑立柱底部设有吸盘式电磁铁基座；
驱动元件垂直于横架朝向“门”字形支撑架内侧伸出推杆，推杆端部固定夹具体外壳，能够推动夹具体外壳上下移动；
夹具体外壳内转动安装扇形齿轮，扇形齿轮的齿面与一根立式配置的齿条轴相啮合；扇形齿轮上还设有用于锁定齿轮齿条运动位置的锁定元件；
齿条轴下端活动夹持左、右两片开口相对的“匚”形连接板的上横段，两个“匚”形连接板能够在外力作用下相对于齿条轴垂直其轴向横向平移；两片“匚”形连接板的下横段上分别固定左紧固块和右紧固块；
左紧固块和右紧固块相对的一侧围成试样装夹腔，试样装夹腔内压配第一弹性元件；左紧固块和右紧固块相背的一侧为倾斜方向相反的斜面，分别与夹具体外壳的左、右倾斜内侧壁相匹配；
左紧固块和夹具体外壳之间、右紧固块和夹具体外壳之间分别压配第二弹性元件、向下抵压左紧固块和右紧固块；
扇形齿轮转动时，带动齿条轴沿轴向上下平移，左紧固块和右紧固块在随齿条轴上下平移的过程中，能够沿夹具体外壳的倾斜内侧壁横向移动、相互远离或者靠近，以改变试样装夹腔的大小。
其中，“门”字形支撑架用于固定抛磨夹具体的位置；驱动元件用于实现抛磨夹具体的垂直移动，抛磨夹具体用于实现紧固金相试样和维持金相试样的水平度。
进一步的，所述驱动元件为液压缸或者气缸，或者，驱动元件优选为通过点动开关控制的伺服电动缸，伺服电动缸采用闭环伺服控制，夹紧装置上还设有用于监测金相试样与抛磨盘盘面接触压力的压力传感器，通过信号线路连接点动开关的控制线路，以实现精密控制推杆推力，达到夹具体外壳自动、精确上下移动的目的。
进一步的，所述左紧固块和右紧固块相对的一侧侧面分别为内凹“V”形面和“匚”形面，两侧面开口相对，“V”形的两斜面和“匚”形底面构成试样装夹腔的三个夹持面，对金相试样的夹持稳固可靠，只要一种夹具可以完成抛磨实验，保证了夹紧装置的通用性；此外，在必要时还可以通过更换不同内部角度或者不同大小的左紧固块和右紧固块，以实现对不同形状和大小的金相试样的抛磨处理，适用性广、通用性强。
进一步的，所述第二弹性元件包括弹簧和活动内置于弹簧中的导向杆；左紧固块和其上方的夹具体外壳内腔、右紧固块和其上方的夹具体外壳内腔的对应位置上分别立式开设安装孔，导向杆两端装入安装孔内、能够在安装孔内上下移动，采用动配合方式以保证弹簧的垂直运动。该弹簧装置可以始终保证左紧固块、右紧固块在上下运动过程中，受到向下的预紧力作用，起到时刻压紧紧固块的作用，当进行抛磨处理时，可以通过齿轮齿条结构和弹簧装置双重压紧紧固块。
进一步的，所述扇形齿轮转动安装在左扇形齿轮轴固定块和右扇形齿轮轴固定块上，左扇形齿轮轴固定块和右扇形齿轮轴固定块通过螺栓固定在夹具体外壳背板上，便于拆装调试。
再进一步，所述锁定元件为棘爪组件，包括滑块，棘爪和拉紧弹簧；在左扇形齿轮轴固定块或右扇形齿轮轴固定块上沿扇形齿轮的转动轴向开设滑槽，滑槽内配置一块能够沿槽腔长度方向左右滑动的滑块，滑块与滑槽之间设有锁紧螺栓；滑块上转动安装与扇形齿轮相匹配的棘爪，拉紧弹簧一端固定在滑块上，另一端被弹性拉伸安装在棘爪上；初始时，棘爪组件与扇形齿轮相互脱离；当扇形齿轮转动，带动齿条轴向下平移到适当位置时，将滑块沿滑槽滑移至与扇形齿轮的配合位，旋入锁紧螺栓将滑块锁紧在滑槽中，此时棘爪卡住扇形齿轮，防止扇形齿轮在第二弹性元件的弹性抵压力作用下反转；需要齿条轴上移时，将滑块沿滑槽向右滑移、脱离与扇形齿轮的配合位即可。通过控制棘爪组件左右移动限制齿条轴向上运动，实现齿条轴自锁和压紧紧固块的目的。
进一步的，所述两片“匚”形连接板的上横段带有开口相对的半孔，齿条轴下端带有一个“工”字形阶梯轴段；两片“匚”形连接板的上横段插入“工”字形阶梯轴段的两侧开口，两个半孔分别与中间细段的左右侧缘相配合。该“匚”形连接板结构不仅可以起到连接齿条轴和紧固块的作用，还可以配合两紧固块之间的距离变化随时开合以保证传力作用。
进一步的，所述扇形齿轮上设有用于转动扇形齿轮的手柄，手柄伸出夹具体外壳外部，方便操作人员转动扇形齿轮。
应用上述的金相试样抛磨夹紧装置进行试样装夹时：
第一步，准备金相试样，将其待处理表面清理干；
第二步，将两块吸盘式电磁铁基座吸附固定于水平的旋转抛磨盘盘面的相对两侧，将夹具体外壳安装固定在驱动元件的推杆下端；
第三步，转动扇形齿轮，带动齿条轴向上移动，从而使“匚”形连接板向上移动，进而克服第二弹性元件的弹性抵压力带动左紧固块和右紧固块上移的同时左右平移；当两者分离之后，将待处理的金相试样上端放入左紧固块和右紧固块之间的试样装夹腔内，金相试样下端向下伸出夹具体外壳外；
第四步，反向转动扇形齿轮，带动齿条轴向下移动，促使左紧固块和右紧固块夹紧金相试样，同时第二弹性元件也向下弹性抵压左紧固块和右紧固块，当金相试样的夹紧固定完成时，通过锁定元件实现扇形齿轮和齿条轴的运动自锁；
第五步，控制驱动元件的推杆下移，使金相试样不断靠近旋转抛磨盘，直至贴近抛磨盘盘面，对待处理的金相试样表面进行磨光与抛光处理；
当抛磨盘盘面与金相试样的配合位置处抛磨砂纸磨耗后，将一个电磁铁基座断电，使整个“门”字形支撑架绕另一个不断电的电磁铁基座转动后再对断电的电磁铁基座通电，重新固定“门”字形支撑架，以调整金相试样14与旋转抛磨盘盘面的配合位置，提高抛磨砂纸的利用率。
需要说明的是，权利要求书和说明书中对上、下、左、右、前、后等方位的限定，只是为了描述方便而采用的一种相对限定，并不是对装置配置结构及运动方向的绝对限定。
本实用新型的有益效果在于：
1、利用可便携移动的吸盘式电磁铁基座，夹紧装置与抛磨机之间通过电磁吸附强力固定，可以通电吸附断电消失，实现夹紧装置的便携性和移动性目的；
2、采用伺服电动缸控制夹具体的上下移动，实现高精密运动控制；可方便调节伺服电动缸推杆与横架的配合以及通过扇形齿轮与齿条轴配合在一起，很好的解决了现有技术难以保证金相试样待处理面的水平度、夹紧定位可靠性的问题，保证金相试样的待处理面在抛磨后，表面磨痕一致均匀；
3、操作方便，并且操作者不需要一直手持夹具，可以节省人力；
4、根据常见的不同直径和形状的金相试样的制备，只要一种夹具可以完成抛磨实验，保证了夹紧装置的通用性；此外，在必要时还可以通过更换不同内部角度或者不同大小的左紧固块和右紧固块，以实现对不同形状和大小的金相试样的抛磨处理，适用性广、通用性强；
5、自动精密控制运动，便于移动，夹紧稳固，从而简化了实验操作流程，提高了实验效率。
附图说明
图1为本实用新型一种优选方案的立体示意图；
图2为图1中夹具体外壳及其内部结构的放大示意图；
图3、图4为夹具体外壳的正向侧视和背向侧视立体示意图；
图5为图2的正视图；
图6为左扇形齿轮轴固定块的立体示意图；
图7为右扇形齿轮轴固定块的立体示意图；
图8为扇形齿轮的立体示意图；
图9为扇形齿轮和棘爪组件的配合位置示意图；
图10为棘爪组件的爆炸图(去除拉紧弹簧)；
图11为棘爪组件的立体示意图；
图12为齿条轴的立体示意图；
图13为“匚”形连接板的立体示意图；
图14为第二弹性元件的立体示意图；
图15为左紧固块的立体示意图；
图16为右紧固块的立体示意图；
图1～16中：1为驱动元件，2为横架，3为支撑立柱，4为吸盘式电磁铁基座，5为夹具体外壳，6为左紧固块，7为右紧固块，8为“匚”形连接板，9为左扇形齿轮轴固定块，10为棘爪组件，101为滑块，102为棘爪，103为拉紧弹簧，11为右扇形齿轮轴固定块，12为扇形齿轮，121为手柄，13为第一弹性元件，14为金相试样，15为第二弹性元件，151为弹簧，152为导向杆，16为齿条轴，17为滑槽。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示的金相试样抛磨夹紧装置，包括“门”字形支撑架及安装在“门”字形支撑架内侧、由驱动元件1驱动上下平移的抛磨夹具体，其中，“门”字形支撑架用于固定抛磨夹具体的位置；驱动元件1用于实现抛磨夹具体的垂直移动，抛磨夹具体用于实现紧固金相试样14和维持金相试样14的水平度。
如图1所示的“门”字形支撑架，包括板状的水平横架2及分别配置于其两端的两根支撑立柱3；横架2中段开设用于固装驱动元件1的安装通孔，本实施例中，驱动元件1为通过点动开关控制的伺服电动缸，伺服电动缸采用闭环伺服控制，夹紧装置上还设有用于监测金相试样14与抛磨盘盘面接触压力的压力传感器，采用压力传感器精密控制推杆推力，以达到夹具体外壳5自动、精确上下移动的目的；支撑立柱3底部设有吸盘式电磁铁基座4，吸盘式电磁铁基座为圆柱体电磁铁材料，从顶部向下加工均布的四个用于和支撑立柱3连接的螺纹孔。
如图1所示，伺服电动缸垂直于横架2朝向“门”字形支撑架内侧竖直伸出推杆，推杆端部带有板式的安装结构，伺服电动缸的推杆与夹具体外壳通过内六角圆柱头螺钉连接，以横架为基准，通过伺服电动缸的推杆维持夹具体外壳水平，实现夹具体保持水平度目的。
通过若干个螺柱固定连接在抛磨夹具体的夹具体外壳5顶部，能够推动夹具体外壳5上下移动。
如图2、图5所示，夹具体外壳5为中空的铸造结构体，内设有扇形齿轮12，扇形齿轮12上焊接有用于转动扇形齿轮12的手柄121，并在扇形齿轮12的扇面上设有用于安装轮轴的通孔，如图8所示，手柄121伸出夹具体外壳5外部以方便手持转动，如图4所示；如图5所示，扇形齿轮12的轮轴两端转动安装在左扇形齿轮轴固定块9和右扇形齿轮轴固定块11上，如图6、图7所示，左扇形齿轮轴固定块9和右扇形齿轮轴固定块11均为块状结构，分别由两部分叠加构成，通过螺栓将两部固定为一体，该螺栓还将左扇形齿轮轴固定块9或右扇形齿轮轴固定块11固定安装在夹具体外壳5背板上。
扇形齿轮12的齿面与一根立式配置的齿条轴16相啮合；扇形齿轮12上还设有用于锁定齿轮齿条运动位置的锁定元件；如图9所示，本实施例中，锁定元件为棘爪组件10，包括滑块101，棘爪102和拉紧弹簧103，使齿条轴自由向下运动。
如图7所示，在右扇形齿轮轴固定块11上沿扇形齿轮12的转动轴向开设滑槽17，滑槽17内配置一块能够沿槽腔长度方向左右滑动的滑块101，滑块101与滑槽17之间设有锁紧螺栓；如图10、图11所示，滑块101上转动安装与扇形齿轮12相匹配的棘爪102，拉紧弹簧103一端固定在滑块101上，另一端被弹性拉伸安装在棘爪102上；初始时，棘爪组件10与扇形齿轮12相互脱离；当扇形齿轮12转动，带动齿条轴16向下平移到适当位置时，将滑块101沿滑槽17向左滑移至与扇形齿轮12的配合位，旋入锁紧螺栓将滑块101锁紧在滑槽17中，此时棘爪102卡住扇形齿轮12，防止扇形齿轮12在第二弹性元件15的弹性抵压力作用下反转；需要齿条轴16上移时，将滑块101沿滑槽17向右滑移、脱离与扇形齿轮12的配合位即可。通过控制棘爪组件10左右移动限制齿条轴16向上运动，实现齿条轴自锁和压紧紧固块的目的。
如图5所示，齿条轴16上端加工出与扇形齿轮12相配合的啮合齿，齿条轴16下端活动夹持左、右两片开口相对的“匚”形连接板8的上横段；如图13所示，两片“匚”形连接板8的上横段带有开口相对的半孔，如图12所示，齿条轴16下端带有一个“工”字形阶梯轴段；两片“匚”形连接板8的上横段插入“工”字形阶梯轴段的两侧开口，两个半孔分别与中间细段的左右侧缘相配合；如图5所示，两个“匚”形连接板8能够在外力作用下相对于齿条轴16垂直其轴向横向平移；两片“匚”形连接板8的下横段上分别加工出通孔，用于螺栓固定左紧固块6和右紧固块7。
左紧固块6和右紧固块7相对的一侧围成试样装夹腔，试样装夹腔内压配第一弹性元件13；如图15、图16所示的左紧固块6和右紧固块7相对的一侧侧面分别为内凹“V”形面和“匚”形面，两侧面开口相对，“V”形的两斜面和“匚”形底面构成试样装夹腔的三个夹持面，左紧固块6和右紧固块7通过三点配合夹紧金相试样14，与“匚”形连接板8配合限制金相试样14的上下运动，实现金相试样14在保持水平下完全夹紧固定的目的；此外，还可以通过更换不同内部角度或者不同大小的左紧固块6和右紧固块7，以实现对不同形状和大小的金相试样14的抛磨处理，提高本夹紧装置的通用性。
如图5所示，左紧固块6和夹具体外壳5之间、右紧固块7和夹具体外壳5之间分别压配第二弹性元件15、向下抵压左紧固块6和右紧固块7；本实施例中，如图14所示，第二弹性元件15包括弹簧151和活动内置于弹簧中的导向杆152；左紧固块6和其上方的夹具体外壳5内腔、右紧固块7和其上方的夹具体外壳5内腔的对应位置上分别立式开设安装孔，导向杆152两端装入安装孔内、能够在安装孔内上下移动。
如图5所示，左紧固块6和右紧固块7相背的一侧为倾斜方向相反的斜面，分别与夹具体外壳5的左、右倾斜内侧壁相匹配；扇形齿轮12转动时，带动齿条轴16沿轴向上下平移，左紧固块6和右紧固块7在随齿条轴16上下平移的过程中，能够沿夹具体外壳5的倾斜内侧壁横向移动、相互远离或者靠近，以改变试样装夹腔的大小。
针对充分凝固后的Ф10×100mm实验铝棒进行金相分析时，要对铝棒进行切割，所得的试样尺寸为Ф10×15mm，如果采用人工把持试样金相抛磨，不仅无法保证水平度，而且还会费时费力和操作者具有一定危险性；如果采用镶嵌方法，抛磨之后，需要去除镶嵌材料，这样不仅实验操作上麻烦，而且还很容易破坏金相组织，造成会浪费资源，增加实验成本的后果。
采用此夹紧装置夹持试样的步骤为：
第一步，准备金相试样，将其待处理表面清理干；
第二步，将两块吸盘式电磁铁基座4吸附固定于水平的旋转抛磨盘盘面外缘的相对两侧，将支撑立柱3过六角头螺栓固定在吸盘式电磁体基座4上，使横架2横跨过旋转抛磨盘盘面；横架2中段部分与伺服电动缸的法兰通过螺纹连接相配合，将夹具体外壳5安装固定在伺服电动缸的推杆下端；
第三步，扳动手柄121以转动扇形齿轮12，带动齿条轴16向上移动，从而使“匚”形连接板8向上移动，进而克服第二弹性元件15的弹性抵压力带动左紧固块6和右紧固块7上移的同时左右平移；当两者分离之后，将待处理的圆柱形金相试样14上端放入左紧固块6和右紧固块7之间的试样装夹腔内，金相试样下端向下伸出夹具体外壳5外；
第四步，反向扳动手柄121以反向转动扇形齿轮12，带动齿条轴16向下移动，促使左紧固块6和右紧固块7夹紧金相试样14，同时第二弹性元件15也向下弹性抵压左紧固块6和右紧固块7，当金相试样14的夹紧固定完成时，移动棘爪组件10实现扇形齿轮12和齿条轴16的运动自锁；
第五步，通过点动开关控制伺服电动缸的推杆下移，使金相试样14不断靠近旋转抛磨盘，直至贴近抛磨盘盘面，对待处理的金相试样表面进行磨光与抛光处理；
当抛磨盘盘面与金相试样14的配合位置处抛磨砂纸磨耗后，将一个电磁铁基座4断电，使整个“门”字形支撑架绕另一个不断电的电磁铁基座4转动后再对断电的电磁铁基座4通电，重新固定“门”字形支撑架，以调整金相试样14与旋转抛磨盘盘面的配合位置，提高抛磨砂纸的利用率。
该夹紧装置对不同直径和长度的圆柱体、椭圆圆体、长方体或者其他标准形状的金相试样14依然有效。