專利名稱：一種劃傷模擬實驗機及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及劃傷模擬裝置，具體為一種劃傷模擬實驗機及其使用方法。
背景技術(shù)：
建筑、機械、核工業(yè)等眾多領(lǐng)域都會涉及到劃傷對金屬或合金結(jié)材料或結(jié)構(gòu)件性 能的影響，結(jié)構(gòu)材料服役性能的好壞是設(shè)備能否安全運行的關(guān)鍵方面。劃傷可以造成材料 內(nèi)表面或外表面缺陷，而缺陷的出現(xiàn)嚴重改變了整個結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性質(zhì)和服役壽命。為了測試材料在出現(xiàn)表面劃傷后的性能，能夠有效模擬劃傷的實驗裝置成為迫切 的需要。在現(xiàn)有技術(shù)中，制造劃傷或測試單層或多層膜的力學(xué)特性的設(shè)備常為微米劃痕儀 或納米劃痕儀。這些設(shè)備的出現(xiàn)的確為測試局部或更微觀位置的材料性能提供了很大的幫 助。但是，納米或微米劃痕儀操作復(fù)雜且價格昂貴，后期的維護費用很高。這些設(shè)備不能做 出宏觀尺度的劃痕，很難滿足模擬劃傷的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以模擬劃傷的低成本，操作簡單易行，高準度的實驗 裝置——劃傷模擬實驗機及其使用方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的操作復(fù)雜且價格昂貴， 不能做出宏觀尺度的劃痕，很難滿足模擬劃傷的要求等問題。它可以用于設(shè)備或材料在不 同劃傷條件下的力學(xué)性能測試和研究，以及用于不同材料在劃傷條件下的腐蝕性能的測試 和研究。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種劃傷模擬實驗機，該實驗機主要設(shè)有變頻器、直進電機、螺旋測微器、錐形頭、 控距螺栓、試樣臺和主支撐，直進電機、螺旋測微器和控距螺栓均固定在主支撐上，在螺旋 測微器上安裝與試樣臺上的試樣相對應(yīng)的錐形頭，直進電機上的導(dǎo)航棒與試樣臺連接，直 進電機的輸入端直接與變頻器的輸出端相連；在試樣臺上設(shè)有與試樣連接、推動試樣做垂 直于試樣臺運動方向移動的控距螺栓。所述的劃傷模擬實驗機，在試樣臺上設(shè)有用于固定試樣的可移動卡片。所述的劃傷模擬實驗機，所述螺旋測微器采用數(shù)顯螺旋測微器。所述的劃傷模擬實驗機，試樣臺放置于主支撐的燕尾槽形導(dǎo)軌中，試樣臺在導(dǎo)軌 中的運行方向和運行速度與導(dǎo)航棒同步。所述的劃傷模擬實驗機，試樣臺與導(dǎo)航棒的連接方式是通過連接件連接，連接件 的縱截面為直角形，連接件的一邊通過螺栓I與導(dǎo)航棒連接，連接件的另一邊通過螺栓II 與試樣臺連接。所述的劃傷模擬實驗機，錐形頭與螺旋測微器通過鎖緊裝置鎖緊，鎖緊裝置包括 卡箍、頂絲I和頂絲II，卡箍為筒形結(jié)構(gòu)，在卡箍側(cè)面安裝可伸至卡箍內(nèi)的頂絲I和頂絲 II，頂絲I和頂絲II分別與卡箍通過螺紋連接；螺旋測微器一端設(shè)有柱形桿，錐形頭與柱形 桿相對設(shè)置，卡箍套在錐形頭與柱形桿外側(cè)，頂絲I對應(yīng)于柱形桿的側(cè)面，頂絲II對應(yīng)于錐形頭的側(cè)面，通過頂絲I鎖緊柱形桿，通過頂絲II鎖緊錐形頭。所述的劃傷模擬實驗機，錐形頭由特殊的硬質(zhì)材料制成，硬質(zhì)材料包括YG8、YG12 或 YG15。所述的劃傷模擬實驗機的使用方法，利用該劃傷實驗機制造人工劃痕，具體的操 作如下(1)選擇合適形狀的錐形頭，通過鎖緊裝置將錐形頭與螺旋測微器連接并固定在 一起；(2)將試樣固定于試樣臺上；(3)將電源插頭連接于供電電源，調(diào)節(jié)變頻器的調(diào)頻旋鈕，將輸出頻率控制到 0. 01-50Hz ；(4)設(shè)置錐形頭位置零點；(5)設(shè)定劃痕深度；(6)制造劃痕按下變頻器的“正向”按鈕，直進電機帶動試樣臺前進；當試樣經(jīng)過 錐形頭后，表面留下預(yù)設(shè)深度的劃痕；(7)通過控距螺栓移動試樣，重復(fù)以上動作，得到一條同樣特征的劃痕；旋轉(zhuǎn)控距 螺栓同樣的角度，得到的是一系列等距離的劃痕。所述的劃傷模擬實驗機的使用方法，所這步驟(4)中，設(shè)置錐形頭位置零點的過 程如下首先，旋轉(zhuǎn)螺旋測微器使之帶動錐形頭向上移動，以防錐形頭在調(diào)零之前碰到試 樣；然后，按變頻器的“正向”按鍵，把試樣移動到錐形頭的正下方，調(diào)節(jié)螺旋測微器，在錐形 頭剛剛接觸試樣到表面停止調(diào)節(jié)；接著，按螺旋測微器的Zero按鍵，屏幕上的數(shù)字顯示為 0，這就設(shè)置好了錐形頭的位置零點。所述的劃傷模擬實驗機的使用方法，所這步驟(5)中，設(shè)定劃痕深度的過程如下在設(shè)置好位置零點后，將螺旋測微器調(diào)整，使錐形頭離開試樣表面；然后，按變頻 器的“逆向”按鍵，使試樣離開錐形頭中心1 3厘米的距離；接著，繼續(xù)調(diào)節(jié)螺旋測微器的 旋轉(zhuǎn)按鈕，在顯示器上設(shè)置要得到的劃痕深度；最后，鎖定螺旋測微器。本發(fā)明的有益效果如下1、本發(fā)明實驗機由變頻器、直進電機、數(shù)顯螺旋測微器、錐形頭、控距螺栓、試樣臺 和主支撐等組成，其結(jié)構(gòu)簡單實用、成本低、操作方便。工作時，只需將數(shù)顯螺旋測微器和錐 形頭配合，設(shè)定好深度，當直進電機推動試樣臺運動并經(jīng)過錐形頭時即可以做出特定形貌 劃傷。2、本發(fā)明主要用于各種金屬或合金表面的劃傷模擬實驗，可以實現(xiàn)劃傷特征，如 劃傷深度、寬度、密度、截面形貌等多方面的控制。


圖1為該劃傷實驗機的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為直進電機和試樣臺的連接圖。圖3為數(shù)顯螺旋測微器和錐形頭之間的連接鎖定結(jié)構(gòu)圖。圖中，1變頻器；2直進電機；3螺旋測微器；4錐形頭；5控距螺栓；6試樣臺；7主支撐；8卡片；9電源插頭；21輸入端；26導(dǎo)航棒；261螺栓I ；262螺栓II ；263連接件；31 柱形桿；34鎖緊裝置；341卡箍；342頂絲I ；343頂絲II ；67導(dǎo)軌。
具體實施例方式如圖1-3所示，本發(fā)明提供一種劃傷模擬實驗機，該實驗機由變頻器1、直進電機 2、數(shù)顯螺旋測微器3、錐形頭4、控距螺栓5、試樣臺6和主支撐7等組成，直進電機2、數(shù)顯 螺旋測微器3、控距螺栓5均固定在主支撐7上，在試樣臺6上設(shè)有一對可移動卡片8，用于 固定試樣；在數(shù)顯螺旋測微器3上安裝與試樣相對應(yīng)的錐形頭4，用于劃傷試樣；在試樣臺 6上設(shè)有與試樣連接的控距螺栓5，控距螺栓5可以推動試樣做垂直于試樣臺6運動方向的 移動，移動距離由控距螺栓5的旋轉(zhuǎn)角度和螺距確定。直進電機2上裝有導(dǎo)航棒26，導(dǎo)航棒 26與試樣臺6連接，直進電機2的輸入端21直接與變頻器1的輸出端相連，導(dǎo)航棒26的前 進和后退，由變頻器1上的“正向”和“逆向”按鍵控制，導(dǎo)航棒26前進和后退的速度由變 頻器1上的頻率調(diào)整旋鈕控制。本發(fā)明中，試樣臺6放置于主支撐7的燕尾槽形導(dǎo)軌67中，試樣臺6在導(dǎo)軌67中 可以做前后運動，其運行方向和運行速度與導(dǎo)航棒26同步。如圖2所示，試樣臺6與導(dǎo)航棒26的連接方式是通過連接件263連接，連接件263 的縱截面為直角形，連接件263的一邊通過螺栓I 261與導(dǎo)航棒26連接，連接件263的另 一邊通過螺栓II 262與試樣臺6連接。如圖1、3所示，鎖緊裝置34包括卡箍341、頂絲I 342和頂絲11343，卡箍341為 筒形結(jié)構(gòu)，在卡箍341側(cè)面安裝可伸至卡箍341內(nèi)的頂絲I 342和頂絲II 343，頂絲I 342 和頂絲II 343分別與卡箍341通過螺紋連接。數(shù)顯螺旋測微器3和錐形頭4由鎖緊裝置 34鎖緊，具體鎖緊方式是數(shù)顯螺旋測微器3 —端設(shè)有柱形桿31，錐形頭4與柱形桿31相 對設(shè)置，卡箍341套在錐形頭4與柱形桿31外側(cè)，頂絲I 342對應(yīng)于柱形桿31的側(cè)面，頂 絲II343對應(yīng)于錐形頭4的側(cè)面，通過頂絲I 342鎖緊柱形桿31，通過頂絲II343鎖緊錐形 頭4。本發(fā)明中，錐形頭4由特殊的硬質(zhì)材料制成，如YG8、YG12或YG15等。如圖1-3所示，利用該劃傷實驗機制造人工劃痕，具體的操作如下1.選擇合適形狀的錐形頭4，通過如圖3所示鎖緊裝置34的連接鎖定結(jié)構(gòu)將錐形 頭4與數(shù)顯螺旋測微器3連接并固定在一起。2.將試樣固定于試樣臺6上的可移動卡片8。3.將電源插頭9連接于220V供電電源，調(diào)節(jié)變頻器1的調(diào)頻旋鈕，將輸出頻率控 制到IOHz (這時候直進電機2的輸出速度將是最大速度的五分之一，也可以根據(jù)具體情況 進行調(diào)整)。4.設(shè)置錐形頭位置零點。首先，旋轉(zhuǎn)數(shù)顯螺旋測微器3使之帶動錐形頭4向上移 動，以防錐形頭在調(diào)零之前碰到試樣。然后，按變頻器1的“正向”按鍵，把試樣移動到錐形 頭4的正下方，緩慢調(diào)節(jié)數(shù)顯螺旋測微器3，在錐形頭4剛剛接觸試樣到表面停止調(diào)節(jié)。接 著，按數(shù)顯螺旋測微器的Zero按鍵，屏幕上的數(shù)字顯示為0，這就設(shè)置好了錐形頭4的位置零占。5.設(shè)定劃痕深度。在設(shè)置好位置零點后，將數(shù)顯螺旋測微器3調(diào)整，使錐形頭4離開試樣表面。然后，按變頻器1的“逆向”按鍵，使試樣離開錐形頭4中心約1厘米的距離。 接著，繼續(xù)調(diào)節(jié)數(shù)顯螺旋測微器3的旋轉(zhuǎn)按鈕，在顯示器上設(shè)置要得到的劃痕深度。最后， 鎖定數(shù)顯螺旋測微器3。6.制造劃痕。按下變頻器1的“正向”按鈕，直進電機2帶動試樣臺6前進。當試 樣經(jīng)過錐形頭4后，表面留下預(yù)設(shè)深度的劃痕。7.通過控距螺栓5移動試樣，重復(fù)以上動作，得到一條同樣特征的劃痕。旋轉(zhuǎn)控距 螺栓5同樣的角度，得到的是一系列等距離的劃痕。
權(quán)利要求
一種劃傷模擬實驗機，其特征在于，該實驗機主要設(shè)有變頻器(1)、直進電機(2)、螺旋測微器(3)、錐形頭(4)、控距螺栓(5)、試樣臺(6)和主支撐(7)，直進電機(2)、螺旋測微器(3)和控距螺栓(5)均固定在主支撐(7)上，在螺旋測微器(3)上安裝與試樣臺(6)上的試樣相對應(yīng)的錐形頭(4)，直進電機(2)上的導(dǎo)航棒(26)與試樣臺(6)連接，直進電機(2)的輸入端(21)直接與變頻器(1)的輸出端相連；在試樣臺(6)上設(shè)有與試樣連接、推動試樣做垂直于試樣臺(6)運動方向移動的控距螺栓(5)。
2.按照權(quán)利要求1所述的劃傷模擬實驗機，其特征在于，在試樣臺(6)上設(shè)有用于固定 試樣的可移動卡片(8)。
3.按照權(quán)利要求1所述的劃傷模擬實驗機，其特征在于，所述螺旋測微器(3)采用數(shù)顯 螺旋測微器。
4.按照權(quán)利要求1所述的劃傷模擬實驗機，其特征在于，試樣臺(6)放置于主支撐(7) 的燕尾槽形導(dǎo)軌(67)中，試樣臺(6)在導(dǎo)軌(67)中的運行方向和運行速度與導(dǎo)航棒(26) 同步。
5.按照權(quán)利要求1所述的劃傷模擬實驗機，其特征在于，試樣臺(6)與導(dǎo)航棒(26)的 連接方式是通過連接件(263)連接，連接件(263)的縱截面為直角形，連接件(263)的一邊 通過螺栓1(261)與導(dǎo)航棒(26)連接，連接件(263)的另一邊通過螺栓II (262)與試樣臺 (6)連接。
6.按照權(quán)利要求1所述的劃傷模擬實驗機，其特征在于，錐形頭(4)與螺旋測微器(3) 通過鎖緊裝置(34)鎖緊，鎖緊裝置(34)包括卡箍(341)、頂絲1(342)和頂絲II (343)，卡 箍(341)為筒形結(jié)構(gòu)，在卡箍(341)側(cè)面安裝可伸至卡箍(341)內(nèi)的頂絲1(342)和頂絲 II (343)，頂絲I (342)和頂絲II (343)分別與卡箍(341)通過螺紋連接；螺旋測微器(3) 一 端設(shè)有柱形桿(31)，錐形頭(4)與柱形桿(31)相對設(shè)置，卡箍(341)套在錐形頭(4)與柱 形桿(31)外側(cè)，頂絲1(342)對應(yīng)于柱形桿(31)的側(cè)面，頂絲11(343)對應(yīng)于錐形頭(4) 的側(cè)面，通過頂絲I (342)鎖緊柱形桿(31)，通過頂絲II (343)鎖緊錐形頭(4)。
7.按照權(quán)利要求1所述的劃傷模擬實驗機，其特征在于，錐形頭(4)由特殊的硬質(zhì)材料 制成，硬質(zhì)材料包括YG8、YG12或YG15。
8.—種權(quán)利要求1所述的劃傷模擬實驗機的使用方法，其特征在于，利用該劃傷實驗 機制造人工劃痕，具體的操作如下(1)選擇合適形狀的錐形頭，通過鎖緊裝置將錐形頭與螺旋測微器連接并固定在一起；(2)將試樣固定于試樣臺上；(3)將電源插頭連接于供電電源，調(diào)節(jié)變頻器的調(diào)頻旋鈕，將輸出頻率控制到 0. 01-50Hz ；(4)設(shè)置錐形頭位置零點；(5)設(shè)定劃痕深度；(6)制造劃痕按下變頻器的“正向”按鈕，直進電機帶動試樣臺前進；當試樣經(jīng)過錐形 頭后，表面留下預(yù)設(shè)深度的劃痕；(7)通過控距螺栓移動試樣，重復(fù)以上動作，得到一條同樣特征的劃痕；旋轉(zhuǎn)控距螺栓 同樣的角度，得到的是一系列等距離的劃痕。
9.按照權(quán)利要求8所述的劃傷模擬實驗機的使用方法，其特征在于，所這步驟(4)中， 設(shè)置錐形頭位置零點的過程如下首先，旋轉(zhuǎn)螺旋測微器使之帶動錐形頭向上移動，以防錐形頭在調(diào)零之前碰到試樣；然 后，按變頻器的“正向”按鍵，把試樣移動到錐形頭的正下方，調(diào)節(jié)螺旋測微器，在錐形頭剛 剛接觸試樣到表面停止調(diào)節(jié)；接著，按螺旋測微器的Zero按鍵，屏幕上的數(shù)字顯示為0，這 就設(shè)置好了錐形頭的位置零點。
10.按照權(quán)利要求8所述的劃傷模擬實驗機的使用方法，其特征在于，所這步驟(5)中， 設(shè)定劃痕深度的過程如下在設(shè)置好位置零點后，將螺旋測微器調(diào)整，使錐形頭離開試樣表面；然后，按變頻器的 “逆向”按鍵，使試樣離開錐形頭中心1 3厘米的距離；接著，繼續(xù)調(diào)節(jié)螺旋測微器的旋轉(zhuǎn) 按鈕，在顯示器上設(shè)置要得到的劃痕深度；最后，鎖定螺旋測微器。
全文摘要
本發(fā)明涉及劃傷模擬裝置，具體為一種劃傷模擬實驗機及其使用方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的操作復(fù)雜且價格昂貴，不能做出宏觀尺度的劃痕，很難滿足模擬劃傷的要求等問題。該實驗機在螺旋測微器上安裝與試樣臺上的試樣相對應(yīng)的錐形頭，直進電機的輸入端直接與變頻器的輸出端相連，直進電機上的導(dǎo)航棒與試樣臺連接；在試樣臺上設(shè)有與試樣連接、推動試樣做垂直于試樣臺運動方向移動的控距螺栓。工作時，只需將數(shù)顯螺旋測微器和錐形頭配合，設(shè)定好深度，當直進電機推動試樣臺運動并經(jīng)過錐形頭時即可以做出特定形貌劃傷。該裝置主要用于各種金屬或合金表面的劃傷模擬實驗，可以實現(xiàn)劃傷特征，如劃傷深度、寬度、密度、截面形貌等多方面的控制。
文檔編號G01N3/56GK101957285SQ200910012540
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者孟凡江, 柯偉, 王儉秋, 韓恩厚 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所