電機(jī)和液壓復(fù)合驅(qū)動(dòng)方式下材料組織性能原位測(cè)試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及材料組織性能原位檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電機(jī)和液壓復(fù)合驅(qū)動(dòng)方式下材料組織性能原位測(cè)試裝置，該裝置既可以做拉伸實(shí)驗(yàn)的原位觀察，也可以做壓縮實(shí)驗(yàn)的原位觀察；既可以單獨(dú)使用，也可以與X射線衍射設(shè)備配合使用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)拉伸和壓縮兩種實(shí)驗(yàn)下的金屬材料組織性能原位觀測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線衍射分析(x-ray diffract1n，簡(jiǎn)稱XRD)，是利用晶體形成的X射線衍射，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行內(nèi)部原子在空間分布狀況的結(jié)構(gòu)分析方法。X射線衍射方法具有不損傷樣品、無(wú)污染、快捷、測(cè)量精度高、能得到有關(guān)晶體完整性的大量信息等優(yōu)點(diǎn)。X射線衍射分析的特性使得其非常適合用于金屬材料在不同受力狀況下的物相分析研究，但是長(zhǎng)期以來(lái)，X射線衍射實(shí)驗(yàn)的試樣都是處于靜態(tài)的，所以，在研究拉伸過(guò)程中金屬材料的物相及結(jié)構(gòu)變化過(guò)程中存在以下幾個(gè)問(wèn)題:第一、需要分別做若干次拉伸實(shí)驗(yàn)和X射線衍射實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)次數(shù)多，試樣多，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng);第二、在拉伸實(shí)驗(yàn)處于不同階段時(shí)通過(guò)卸載獲得試樣這一方法，無(wú)法確保從某一加載狀態(tài)到卸載狀態(tài)的過(guò)程中材料內(nèi)部組織及應(yīng)力狀態(tài)不發(fā)生變化。
[0003]現(xiàn)有材料原位組織性能測(cè)試裝置大多為掃描電鏡配套，專門服務(wù)于X射線衍射儀的原位組織性能測(cè)試裝置的專利較少。中國(guó)專利申請(qǐng)(CN 103528888 A)，根據(jù)材料X射線衍射特征的變化來(lái)研究材料微觀尺度上應(yīng)力/應(yīng)變的不均勻分布，包括加載器、驅(qū)動(dòng)器等結(jié)構(gòu)。此專利針對(duì)材料原位組織性能實(shí)驗(yàn)有三點(diǎn)不足;第一，實(shí)驗(yàn)載荷受限制，最大只能達(dá)到2KN;第二，拉伸時(shí)兩個(gè)試樣夾頭只有一側(cè)移動(dòng)，另一側(cè)保持靜止不動(dòng)，試樣標(biāo)距部分的位置在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中是移動(dòng)的，越靠近試樣中心，移動(dòng)距離越大，為了保持試樣中心部位在變形過(guò)程中始終保持不變，不得不在底部增加了位移補(bǔ)償機(jī)構(gòu);這樣不僅無(wú)法確保檢測(cè)點(diǎn)位置的準(zhǔn)確性，同時(shí)也增加了裝置的體積和成本;第三，只能進(jìn)行單一的拉伸加載，無(wú)法進(jìn)行其他加載條件實(shí)驗(yàn)。
[0004]由于目前先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度在不斷提升，例如超高強(qiáng)度鋼以及鈦合金、高溫合金等，在相同試樣厚度和寬度下，需要更大的載荷，現(xiàn)有原位加載裝置載荷不夠。同時(shí)為了保證光斑全部照射于試樣表面，試樣的寬度越大越好，這樣可以避免光斑照射到試樣之外的表面而產(chǎn)生干擾數(shù)據(jù)，但是試樣寬度的增加，也會(huì)增大加載力?；谝陨蟽牲c(diǎn)，現(xiàn)在急迫需求大載荷的原位力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)裝置，但是如果通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式增加載荷，必然會(huì)增大整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，而整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)尺寸又受到配套實(shí)驗(yàn)設(shè)備空間的限制，如裝置體積過(guò)大，則會(huì)產(chǎn)生干涉。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本實(shí)用新型的目的在于提供一種電機(jī)和液壓復(fù)合驅(qū)動(dòng)方式下材料組織性能原位測(cè)試裝置，該裝置可以單獨(dú)使用，也能夠在X射線衍射實(shí)驗(yàn)設(shè)備上同時(shí)實(shí)現(xiàn)拉伸和壓縮兩種實(shí)驗(yàn)下的材料組織性能原位觀測(cè)，即結(jié)合拉伸試驗(yàn)機(jī)和X射線衍射儀的功能于一體，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)。該裝置設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)的復(fù)合驅(qū)動(dòng)模式，液壓驅(qū)動(dòng)模式可以保證在較小的空間要求下，實(shí)現(xiàn)更大的加載力，這樣不僅可以保證試樣的尺寸，還可以增加試驗(yàn)材料的多樣性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種電機(jī)和液壓復(fù)合驅(qū)動(dòng)方式下材料組織性能原位測(cè)試裝置，該裝置包括外架體、左右旋滾珠絲杠、運(yùn)動(dòng)基座A、運(yùn)動(dòng)基座B、試樣夾頭、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；其中:
[0008]所述外架體包括底板、側(cè)板A和側(cè)板B，側(cè)板A和側(cè)板B分別垂直安裝于底板的兩側(cè)；所述左右旋滾珠絲杠為兩個(gè)，每個(gè)左右旋滾珠絲杠的兩端通過(guò)滾動(dòng)軸承分別安裝在側(cè)板A和側(cè)板B上;所述運(yùn)動(dòng)基座A和運(yùn)動(dòng)基座B套裝于所述左右旋滾珠絲杠上;運(yùn)動(dòng)基座A和運(yùn)動(dòng)基座B上設(shè)有試樣夾頭；
[0009]所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括伺服電機(jī)和蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；其中:伺服電機(jī)的動(dòng)力通過(guò)人字齒輪A和人字齒輪B傳到蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括蝸桿和蝸輪，蝸桿軸兩端均安裝蝸桿，與蝸桿相配合的蝸輪安裝于所述左右旋滾珠絲杠的中間位置;所述左右旋滾珠絲杠上，運(yùn)動(dòng)基座A和運(yùn)動(dòng)基座B分別位于蝸輪的兩側(cè)，且與蝸輪等距離;每個(gè)左右旋滾珠絲杠上安裝兩個(gè)絲母，兩個(gè)絲母分別固定在運(yùn)動(dòng)基座A和運(yùn)動(dòng)基座B的內(nèi)側(cè)(即靠近蝸輪的一側(cè))；所述左右旋滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)每個(gè)左右旋滾珠絲杠上的兩個(gè)絲母實(shí)現(xiàn)相向或者相離直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)基座A和運(yùn)動(dòng)基座B及其上的試樣夾頭實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的精確拉伸/壓縮作用，并保證試樣永遠(yuǎn)處于中間位置;所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具體為:伺服電機(jī)的動(dòng)力通過(guò)電機(jī)軸上的人字齒輪A傳遞到人字齒輪B，人字齒輪B固定在蝸桿軸上(中間位置)，動(dòng)力傳遞到蝸桿軸和蝸輪，蝸輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)左右旋滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。所述伺服電機(jī)和蝸桿軸都通過(guò)支架安裝于底板上;所述人字齒輪A和人字齒輪B通過(guò)緊定螺釘分別安裝于伺服電機(jī)軸和蝸桿軸之上。
[0010]所述液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括液壓缸和液壓缸連接板，所述液壓缸為兩個(gè)，兩個(gè)液壓缸的缸體通過(guò)法蘭盤分別安裝于側(cè)板A和側(cè)板B上，兩個(gè)液壓缸的活塞通過(guò)液壓缸連接板分別和運(yùn)動(dòng)基座A和運(yùn)動(dòng)基座B連接；啟動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)方式后，控制兩個(gè)液壓缸的活塞帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)基座A和運(yùn)動(dòng)基座B做相離運(yùn)動(dòng)或相向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)兩個(gè)試樣夾頭運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)試樣產(chǎn)生拉伸作用或壓縮作用。液壓驅(qū)動(dòng)方式啟動(dòng)后，通過(guò)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，從而控制左右旋滾珠絲杠、運(yùn)動(dòng)基座A和運(yùn)動(dòng)基座B的動(dòng)作與液壓驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)定值相同。
[0011]本實(shí)用新型測(cè)試裝置還包括線性導(dǎo)軌和滑塊，線性導(dǎo)軌安裝在底板上，滑塊能夠在線性導(dǎo)軌上自由滑動(dòng);每個(gè)絲母通過(guò)螺釘安裝固定于運(yùn)動(dòng)基座A或運(yùn)動(dòng)基座B上，運(yùn)動(dòng)基座A和運(yùn)動(dòng)基座B通過(guò)各自兩端的螺釘安裝固定于兩個(gè)滑塊之上，運(yùn)動(dòng)基座A和運(yùn)動(dòng)基座B帶動(dòng)滑塊共同在線性導(dǎo)軌上做微小阻力滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的拉伸/壓縮，提高動(dòng)力使用效率。
[0012]本實(shí)用新型所述試樣夾頭為兩個(gè)，分別安裝于(可采用模塊化插接式設(shè)計(jì))運(yùn)動(dòng)基座A和運(yùn)動(dòng)基座B之上，試樣通過(guò)兩個(gè)試樣夾頭進(jìn)行固定。
[0013]本實(shí)用新型所述試樣夾頭和運(yùn)動(dòng)基座A之間安裝力傳感器，試樣所受拉壓力通過(guò)試樣夾頭傳遞到力傳感器，力傳感器輸出的信號(hào)被采集并存儲(chǔ)。所述力傳感器兩側(cè)有預(yù)留螺紋孔，其兩端分別與試樣夾頭和運(yùn)動(dòng)基座A通過(guò)螺釘連接，當(dāng)固定于試樣夾頭上的試樣受拉壓時(shí)，拉壓力通過(guò)試樣夾頭傳遞到力傳感器，力傳感器受力后內(nèi)部產(chǎn)生電學(xué)變化，輸出電信號(hào)，經(jīng)過(guò)變送器，數(shù)據(jù)采集卡，進(jìn)入工控機(jī)，其數(shù)據(jù)用于實(shí)時(shí)顯示力時(shí)間曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線，并存儲(chǔ)于硬盤用于后續(xù)分析。力傳感器的精度為0.1%。，分別可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求更換量程為5咖、10咖、20咖、30咖的3型力傳感器。
[0014]本實(shí)用新型測(cè)試裝置還包括位移傳感器，位移傳感器通過(guò)位移傳感器支座安裝于底板之上，通過(guò)螺栓固定;運(yùn)動(dòng)基座B之上還通過(guò)螺釘安裝有位移傳感器頂板;在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)基座B運(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)位移傳感器頂板運(yùn)動(dòng)，位移傳感器頂板運(yùn)動(dòng)使得位移傳感器的頂針跟隨其運(yùn)動(dòng)，在位移傳感器主體和頂針之間安裝有彈簧，會(huì)始終保證頂針與位移傳感器頂板保持接觸。頂針運(yùn)動(dòng)會(huì)使得位移傳感器內(nèi)部產(chǎn)生電學(xué)變化，輸出電信號(hào)，經(jīng)過(guò)變送器，數(shù)據(jù)采集卡，進(jìn)入工控機(jī)，其數(shù)據(jù)用于實(shí)時(shí)顯示位移時(shí)間曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線，并存儲(chǔ)于硬盤用于后續(xù)分析。位移傳感器的精度為0.1%。，可以根據(jù)實(shí)際需求更換不同量程和精度的位移傳感器。
[0015]本實(shí)用新型測(cè)試裝置還包括0形力傳感器，安裝在絲母和運(yùn)動(dòng)基座B之間，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)絲母和運(yùn)動(dòng)基座B之間的受力，0形力傳感器將受力情況反饋到電機(jī)控制器，通過(guò)對(duì)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而精確控制左右旋滾珠絲杠與運(yùn)動(dòng)基座A和運(yùn)動(dòng)基座B動(dòng)作一致。
[0016]本實(shí)用新型測(cè)試裝置中，試樣的安裝平面要高于經(jīng)過(guò)兩個(gè)左右旋滾珠絲杠軸線的平面15mm以上，因此當(dāng)試樣承受拉壓應(yīng)力時(shí)，會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)基座A和運(yùn)動(dòng)基座B產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩;而液壓缸軸線所處的平面要低于經(jīng)過(guò)兩個(gè)左右旋滾珠絲杠軸線的平面10_，因此液壓缸對(duì)運(yùn)動(dòng)基座A和運(yùn)動(dòng)基座B產(chǎn)生的附加轉(zhuǎn)矩的方向與試樣對(duì)運(yùn)動(dòng)基座A和運(yùn)動(dòng)基座B產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩方向相反，在很大程度上抵消了附加轉(zhuǎn)矩，增加了整個(gè)裝置的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。
[0017]本實(shí)用新型測(cè)試裝置還包括基準(zhǔn)板，設(shè)于底板上，所述基準(zhǔn)板上加工預(yù)留安裝孔，用于將該測(cè)試裝置安