一种新型金相试样抛光机的设计【14张PDF图纸+CAD制图+文档】
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青岛农业大学海都学院本科毕业设计开题报告青岛农业大学海都学院本科生毕业论文（设计）开题报告题 目： 一种新型金相试样抛光机的设计 姓 名： 张在杰 学 院： 海都学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 2006.02 学 号： 020060574 指导教师： 刘玉高 一、选题依据(拟开展研究项目的研究目的、意义等)材料是人类生产和生活的物质基础，它可以直接反映出人类文明的程度。金属材料的力学性能不仅与它的化学成分有关，也与它的组织结构有着密切的关系。了解它们之间的关系并掌握它们之间的变化规律，进行正确的金相分析是有效使用材料所必需的。 要进行金相分析，就必须制备能用于微观观察检验的样品金相试样。通常，金相试样制备要经过以下几个步骤：取样、镶嵌、磨光(粗磨和细磨)和抛光。每项操作都必须严格细心因为任何阶段的失误都可能影响以后的步骤，在极端的情况下，不正确的制作可能造成假组织，从而得出错误的结论。金相试样的制备是通过切割机、镶嵌机、磨/抛光机来完成的。金相试样的最终质量是由抛光工顺序决定的，抛光是金相制取试样过程中至关重要的一环。抛光是将试样上磨制产生的磨痕及变形层去掉，使其成为光滑镜面的最后工序。抛光试样的方法有机械抛光、电解抛光、化学抛光以及复合抛光等。机械抛光是现阶段应用最为广泛的抛光方法，其正确的工艺和操作方法是在保证获得优质的试样和其他条件(如边缘保留及石墨和夹杂物保留等)的情况下具有最高的抛光速率选择可靠性高的金相试样抛光机，可以提高制样效率和质量，减少试样废品率，从而降低成本，提高经济效益，获得样品质量的高度一致性。另外，金相检验是故障分析和质量检验过程中一个不可缺少的手段，有时甚至比电镜手段还重要，应视为一种常规的分析手段。造成故障的主要影响因素有：加工工艺(热处理、表面处理、铸造、焊接等)、加工方法和加工步骤不当造成的材料缺陷，以及使用中操作条件和环境的变化导致的损坏，都能通过金相检验来识别。制备金相样品是金相检验中的必要步骤，而样品制备的质量受人为因素影响较大，在样品的切割、磨光和抛光过程中，若操作不当，极易使样品表面产生变形或使磨面产生变形层而影响检验效果。但随着科学技术的进步，用微机控制的制取试样的设备已经问世，对各种材料有效制样技术的数据库己经开始建立，用机械代替人工制样已成为现实，而且制样速度快，质量高。本课题设计一台在现有抛光机的基础上对其机械系统进行了技术改造，为金相试样制备提供一种更好的操作界面。二、国内外同类研究或同类设计的概况综述(在充分收集研究主题相关资料的基础上，分析国内外研究现状，提出问题，找到研究主题的切入点，附主要参考文献)2.1国外抛光机的性能与特点(l)丹麦Struers公司研制的Abrapol-10型高科技自动化立地式金相抛光机。试样可以不经镶嵌装在特殊夹具上，夹具由另一电动机带动，其转动方向与抛光盘相反。夹具与抛光盘之间的压力可以在07OON之间任意调节。当到达预定抛光时间后，夹具自动抬起并停止。夹具的特点是能适应各种形状的试样。对于线材及尺寸较小的棒材试样，可把试样分成三组，用厚钢板及螺钉固定在夹具上，每组可装2040个线材试样，对于较大试样每个夹具可以装6块。夹具上试样孔的设计是使样品与夹具及固定螺钉始终保持三点接触。如果两个人使用3台这种设备，1小时可制备6至8个夹具试样，实际上每个夹具试样在3台设备上的总有效时间总共只有6min，具有很高的抛光效率，而且试样的抛光质量能达到金相分析的要求。 (2)美国Buehler公司研制生产的vanguard型全自动抛光机从粗抛到最后精抛整个过程全自动完成，可以设置50个常用工作程序，操作界面友好，彩色液晶显示，触摸式操作，整个过程的每个工序之间都进行夹持器和样品的清洗与烘干，充分保证了样品制备的高效与高制性，操作过程的全自动化模式，节省了人工并提高了效率与质量。试样由抛光臂按照一定轨迹在抛光盘内运动，抛光臂上的压力可根据需要调节，最大可达20N。在预定的抛光时间内，此压力将逐渐自动减小到零，这样可减少抛光缺陷。抛光臂的速度也可以调节，每道工序只需25min，适用于各种材料。2.2国内抛光机的性能与特点 (1)上海长方光学有限公司生产的PG-1型金相抛光机配备0.2kw电机，抛光盘直径为220mm，抛光速度可定制为900r/min1400r/min。PG-l抛光机是采集多方面使用人员的意见和要求设计而成的，它具有传动平稳，噪音小，操作、维修方便等优点。该机的抛光盘直径和传递功率均大于国内同类产品，能适合更多种材料的抛光要求。 (2)南京测控科学器材有限公司研制的GPV型金相变频调速抛光机采用无级变速，从1400500r/min，并具有数字显示转速的功能变频调速是被理论和实践证明的“节能明显，功能丰富，性能稳定”的调速装置，根据不同材料，抛光时需要选择合适的速度，得到最佳的效果。该机的优点是能在很短的时间内，达到最优的抛光速度，并且消除试样表面的划痕，使试样符合金相分析与研究的要求。纵观国内外抛光机的状况，国内研发的抛光机在性能和外观等方面还存在一定差距。例如，国内研制的抛光机多数机型的抛光盘为单盘或双盘，有水龙头，但冷却条件差由于冷却条件差，试样表面易发热变灰暗，而且会继续增厚形变扰动层，对快速抛光好试样带来麻烦；抛光盘转速固定不变，而金相试样制备过程不允许组织变形，软相(石墨)脱落，硬相(碳化物)浮凸，抛光后试样表面应光亮如镜、无磨痕。为此，不同性质的材料，需采取不同措施。 而国外研制的全自动抛光机，能够自动控制冷却液的流量，整个操作过程采用全自动化模式，节省了人工并有效地提高了研究效率与质量。 我国金相试样制备的研究开发虽然已有几十年的历史，并己取得了一定的成绩，但是和国外相比仍然有明显的不足，制约我国金相试样制备技术的因素主要有以下几个方面：（1）我国目前还没有金相试样抛光机国家标准，金相试样抛光机作业质量的测试指标以及测试条件，各个生产研制单位大多是根据企业标准对金相试样抛光进行测试检验，判定标准不一，影响了新机型的开发研制。（2）缺乏懂金相知识与机械设计及其控制的综合性人才, 这无形中增加了我国金相取样制样设备的研究和开发的难度。（3）冶金、机械、汽车、拖拉机、兵器、航天航空、轴承、工模具等制造行业中所需的金属材料类型多样化, 由于各种金属材料的物理、化学等性能不一使抛光机在试验参数测定、确定最佳性能指标等方面有很大难度。（4）金相试样抛光的机制研究和系统的理论欠缺，研究手段相对落后。我国金相试样抛光机的设计和开发要适合我国的具体国情，不仅要适合我国广大金相工作者对金相试样抛光机各种性能的要求, 提高制样质量和自动化程度，同时应考虑到金相工作者不同知识层次的需要,，使设备力求操作简单，安全可靠，而且应考虑尽量降低成本，提高性能价格比，使金相试样抛光机在各种规模、各种类型的企业实验室得到应用和普及，促进我国金相事业的发展。参考文献1王会强，孙维连，杨钰瑛. 金相试样抛光机的机械设计与研究. 机械与电子，2005，25-28 2施兴华. 抛光机在表面处理工艺上的应用比较 .纺织器材， 2005，32（6）：37-383陆长明. 基于DSP的超精密抛光机模糊控制系统设计. 2005年机电一体化论坛，2005，22（12）：11-134 刘新佳，肖继德，许鹤群. 金相试样电解机械复合抛光工艺.新技术新工艺，1997.3（3） ：43-445陈文娟，孙维连. 金相试样抛光机的机械设计与控制系统的研究 . 硕士学位论文. 河北: 河北农业大学，20046王会强，孙维连，温新林, 史立喜, 刘志国， 赵志刚. 国内外金相试样抛光机的发展概况. 热处理， 2005，22（3）：7-167陈文娟，孙维连，杨钰瑛，贾亚雷，李杰. 金相研磨抛光机自动控制系统的研究. 现代机械，2003，6：10-11三、研究方案(研究内容、目标、研究方法、技术路线、拟解决的问题、特色或创新点等)本课题设计一台在现有抛光机的基础上对其机械系统进行了技术改造，为金相试样制备提供一种更好的操作界面的一种新型的金相试样抛光机。抛光按其原理可以分为机械抛光，电解抛光，化学抛光，以及复合抛光。(1)机械抛光机械抛光是现阶段应用最为广泛的抛光方法，其正确的工艺和操作方法是在保证获得优质的试样和其他条件(如边缘保留及石墨和夹杂物保留等)的情况下具有最高的抛光速率。(2)电解抛光电解抛光是对难以用机械方法抛光的金属试样进行抛光的重要手段，它可以克服金属干扰层和机械峦晶假象等问题，对于用极低负荷的显微硬度实验的样品或透射电镜的薄膜试样特别有用。但每种金属和合金所使用的抛光液和电解规范不同，因此需要进行相当数量的试验工作来确定电解抛光规范。(3)化学抛光化学抛光是完全依靠化学药剂的腐蚀作用而得到光亮的抛光表面。这种方法操作简便，不需要复杂的机械和电解设备，只需要选择适合的化学抛光液和试验最佳抛光规范。化学抛光的速度低，抛光后的磨面，表面光滑但形成起伏的波形，不能达到十分平整的要求。而金相试样抛光机对机械设计的要求有:精度高、运行平稳、工作可靠,具有良好的伺服性能。面对传动机构则要求:转动惯量小，以减小机械负载，避免对系统造成不良影响；刚度大，有利于减小动力损失，提高固有频率，增加闭环伺服系统的稳定性；阻尼合适。为保证抛光精度和抛光质量的要求，对所需的机械系统采用以下方案：a. 设计动力头。 因为在抛光过程中需要及时变换工件的运动方向,使抛光纹路复杂多变,这样有利于降低表面粗糙度并保证表面均匀一致。 因此动力头是抛光设计的技术关键,要设计出能带动夹具上升和下降；按设定压力在夹具上产生弹性力;压力在一定范围内自行调节;驱动夹具旋转;抛光一定时间后能自动降低夹具上的弹性力的动力头。b.设计夹具。 金相试样抛光机机械制样采用夹具夹持试样,夹具带动试样与磨盘相对摩擦,并在夹具上施加一定的压力,夹具可以装取多块试样以提高制样效率,在夹具上所施加的压力可以灵活调整。c.控制方法的研究。在处理复杂系统控制问题时，传统控制方法对于复杂性、不确定性、突变性所带来的问题总有些力不从心。为了适应不同技术领域和社会发展对控制科学提出的新要求，我们必须发展新的控制模式。近年来，在传统控制中加人逻辑推理和启发式知识，将传统控制理论与模糊逻辑、神经网络、遗传算法等人工智能技术结合起来，充分利用人的控制知识对复杂系统进行智能化控制，逐渐形成抛光机的智能控制。 d.冷却方式的研究。多数试样抛光方法最重要的特点是抛光时产生高温，会造成金相组织发生变化，给金相分析造成困难因而，金相取样时必须进行充分冷却。四、进程计划(各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等)1.
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