一种金相磨抛工装的制作方法

1.本实用新型属于材料表征领域，具体涉及一种金相磨抛工装。


背景技术：

2.金相分析是金属材料组织、性能分析的基础。金相样品制备的一般步骤包括取样、制样、磨光、抛光、腐蚀等。其中，最常用的制样方法为镶嵌法，即将样品镶嵌在树脂块中，以便后续人工或机械磨抛工序的夹持。镶嵌法分为热镶法和冷镶法，前者需要将热塑性树脂颗粒融化凝固成块，后者需要将不同成分的冷镶液混合使其缓慢固化。
3.无论是热镶法还是冷镶法，均对材料、设备有一定要求，且镶嵌过程耗费时间从几十分钟到十个小时不等，在需要开展大批量金相分析时对试验效率产生了显著的不良影响。更进一步地，如果需要对已经完成镶嵌的样品进行后续分析，往往需要利用物理方法破坏树脂镶块才能将金相样品取出，效率低下且容易损坏样品。
4.现有的一些免镶金相样品夹具，往往依靠定位螺栓来将金相样品固定在金属基座上，在进行磨抛时以人工或机械夹持金属基座进行整体抛光。发明人认识到，采用定位螺栓来固定金相样品对样品外形有较高要求，尺寸较小或本身刚性、强度不足的样品无法通过这样的方式进行固定；而金属基座和定位螺栓本身结构较为复杂，金属基座也会随着磨抛过程磨损，一方面会大量消耗磨抛耗材，另一方面金属件长期磨损不可避免地发生精度下降，而频繁替换成本较高。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于，提供一种金相磨抛工装，以实现对不同种类金相样品的免镶嵌磨抛，同时具有结构简单，操作便捷，替换成本低的优点。
6.根据本实用新型实施例的一个方面，提供一种金相磨抛工装，包括芯夹和外壳。其中，所述芯夹具有弹性，为上窄下宽的圆台形结构，底面设置有安装槽，用于装夹金相样品；所述外壳为中空的圆柱形结构，底部设置有开口，所述开口的直径小于所述芯夹的底部直径，以容许所述芯夹以部分嵌入的方式安装在所述外壳底部，在安装状态下，所述芯夹下部的一部分露在所述外壳外。将金相样品安装在芯夹的安装槽内，无需镶嵌，即可以由人工或机械夹持金相磨抛工装的外壳对金相样品进行磨抛处理。在进行多次磨抛致使芯夹磨损后，只需对芯夹进行替换，而无需更换整个工装。
7.优选地，所述芯夹底部为分瓣结构，相邻的瓣状结构之间存在径向缝隙，各瓣状结构在所述芯夹的顶部连接在一起，以容许所述芯夹的底部沿径向进行压缩或扩张，所述安装槽设置在所述芯夹底面的中心。分瓣结构使芯夹能够匹配不同尺寸的金相样品。
8.可选地，所述安装槽设置为不同形状，以匹配不同的金相样品。针对杆状、片装或条状的不同样品，只需要更换对应的芯夹即可进行抛光。
9.可选地，所述芯夹的材料为橡胶、软木或树脂。芯夹采用常用的廉价材料制作，成本低廉，便于损坏后随时补充。
10.可选地，所述外壳内的空腔为圆柱形或与所述芯夹配合的圆台形。
11.优选地，所述外壳顶部设置有通孔并提供顶杆，以容许利用所述顶杆从外壳顶部向下将所述芯夹顶出。顶杆可以方便的对芯夹进行拆卸，避免嵌入过紧的情况。
12.优选地，所述通孔为螺纹孔，所述顶杆通过螺纹安装在所述螺纹孔内，将所述芯夹顶出的方式为拧动所述顶杆。
13.可选地，所述外壳外径与标准金相镶块的直径相同，且所述顶杆的最高位置不超出所述外壳的上表面。顶杆不超出外壳上表面，使金相磨抛工装可以安装在各类抛光机上进行机械抛光。
14.可选地，所述外壳为金属外壳。
15.优选地，所述外壳为不锈钢材质。
附图说明
16.图1为一实施例中金相磨抛工装的结构示意图；
17.图2为一实施例中金相磨抛工装的剖面结构示意图；
18.图3a为一实施例中芯夹的结构示意图；
19.图3b为另一实施例中芯夹的结构示意图；
20.图3c为又一实施例中芯夹的结构示意图。
21.上述附图的目的在于对本实用新型的实施方式进行说明，以便本领域技术人员能够理解本实用新型的技术方案，而非旨在限制本实用新型的保护范围。
具体实施方式
22.下面通过具体实施例结合附图对本实用新型进行详细的描述，以便本领域技术人员能够理解本实用新型的技术构思。
23.除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与本领域技术人员一般理解的含义相同；本文中所使用的术语目的仅在于描述具体的实施例，而非旨在限制本实用新型的保护范围；本文说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”及其同等表述意在覆盖不排他的包含关系。
24.本文中体积“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本文的至少一个实施例中。在说明书的各个位置出现的该短语并不一定指代同一实施例，也并非限定为互斥的独立或备选的实施例。本领域技术人员应当能够理解，在不发生结构冲突的前提下本文中的实施例可以与其他实施例相结合。
25.本文的描述中，“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的术语目的在于准确描述实施例和简化描述，而非限定所涉及的零件或结构必须具有特定的方位、以特定方位安装或操作，不能理解为对本文中实施例的限制。
26.除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是刚性连接，也可以是弹性连接，可以是可拆卸连接，或成一体。对本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在实施例描述中的具体含义。
27.根据本实用新型的一个实施例，提供一种金相磨抛工装，如图1所示。该金相磨抛工装包括芯夹3和外壳2。结合图2和图3a，其中，芯夹3为上窄下宽的圆台形结构，底面设置
有安装槽6，用于装夹金相样品4。外壳2为圆柱形结构，内部有空腔8，开口设置在底部，开口的直径小于芯夹3的底部直径，使芯夹3能够以部分嵌入的方式利用自身弹性安装在外壳2的底部，在安装状态下，芯夹3下部的一部分露出在外壳2之外。
28.作为优选方案，芯夹3的底部设置为分瓣结构，相邻的瓣状结构9之间存在径向设置的缝隙5，各瓣状结构9在芯夹3的顶部连接在一起，以容许芯夹3的底部沿径向进行压缩或扩张，安装槽6设置在芯夹3的底面中心位置，与各个缝隙5连通。这进一步增加了芯夹3的弹性，一方面使得同一安装槽6能够容许安装的金相样品4与安装槽6存在一定的尺寸差异，另一方面使得芯夹3能够在外壳2中嵌套得更为牢固。
29.如图3a、图3b和图3c所示，芯夹3底部的安装槽6可以配置为不同的结构，以适配不同类型的金相样品。如图3a可以适配圆片状金相样品，图3b可以适配方形块状金相样品，图3c可以适配杆状金相样品。安装槽6的内壁还可以涂覆粘合剂，对体积较小或刚性、强度不足的样品进行辅助固定，以实现对细杆或薄片状样品的磨抛。需要理解，上述举例并非限定芯夹与对应金相样品类型唯一可能的组合关系。
30.芯夹3的材料可选并不限于橡胶、软木或树脂。廉价而硬度较低的材料便于加工可以很方面的制成各种所需要的形状便于更换，同时在磨抛过程中比金属夹具带来的磨料损耗更小。
31.如图2所示，外壳2内的空腔8设置为与芯夹3配合的圆台形，使芯夹3可以通过自身弹性嵌入并固定在外壳2的底部。在其他实施例中，外壳2内部的空腔8也可以设置为圆柱形，同样能够实现芯夹3嵌入固定的效果。
32.作为优选方案，外壳2的顶部设置有通孔7，配置与通孔7孔径相匹配的顶杆1能够穿过通孔7把安装状态的芯夹3顶出，方便地实现芯夹3的拆卸与更换。作为进一步的优选方案，通孔7配置为螺纹孔，顶杆1上设置有与通孔7匹配的螺纹，通过拧动顶杆1的方式可以实现向下将芯夹3顶出的操作。顶杆1可选地并不限于配置为十字螺栓或内六角螺栓。
33.进一步地，外壳2的外径与标准金相镶块的直径相同，顶杆1在外壳2顶部的安装状态满足其最高位置不超过外壳2的上表面，使得金相磨抛工装能够适配一般的自动金相抛光机，在夹持固定时避免外壳2与自动抛光机的夹持装置发生干涉。
34.可选地，外壳2为金属外壳。作为优选方案，外壳2可以采用不锈钢制成，以避免长时间与各类抛光液和冷却介质接触发生腐蚀。
35.利用图1所提供的金相磨抛工装进行金相磨抛的一般方法示例如下：
36.首先，根据金相样品4的形状和材料性质选择对应的芯夹3，将金相样品4夹装在安装槽6中，必要时可以在安装槽6中涂覆粘合剂如502胶对金相样品进行辅助固定。
37.然后，将芯夹3嵌入外壳2底部，芯夹3上窄下宽的圆台结构使其可以利用自身弹性卡接在外壳2底部。分瓣结构的缝隙5使得芯夹能够在径向进行一定扩张或压缩，当金相样品4尺寸略大于安装槽6，缝隙5增大，芯夹3底面向外扩张，以容许样品卡入；当金相样品4尺寸略小于安装槽6，在芯夹3嵌入外壳2的过程中，芯夹3受到挤压使缝隙5减小，芯夹3的底面向内压缩，使芯夹3对金相样品4的夹持更加牢固。
38.接下来，可以通过手持或机械夹持外壳2的方式对未经镶嵌的金相样品4金相磨抛。在更换不同颗粒度的抛光材料时，需要进行清洗以清除前道磨抛所残留的磨料颗粒，以避免污染造成额外的划痕。
39.最后，完成磨抛加工后，利用与顶杆1匹配的螺丝刀等工具拧动顶杆1，使顶杆1下压，将芯夹3从外壳2中顶出。后续腐蚀和金相观察可以选择将芯夹3作为金相样品4的基座一起处理，也可以选择将金相样品4从安装槽6中取出，单独进行腐蚀和金相观察。如果安装槽6中涂覆了粘合剂，可以选择对应的有机溶剂如丙酮或松节油进行溶解处理，以便分离金相样品4。
40.在其他实施例中，根据金相磨抛工装具体结构的不同，具体的操作方式不局限于上述方法示例中的步骤。
41.需要理解，上述实施例的目的在于结合附图对本实用新型作出详细说明，以便本领域技术人员能够理解本实用新型的技术构思，而非旨在限制本实用新型的保护范围。在本实用新型权利要求的范围内，对所涉及的零件或结构进行优化或等效替换，或在不发生冲突的基础上对不同实施例进行结合，均落入本实用新型的保护范围。