[發明專利]一種適合在線觀測硬脆材料的超聲振動三點彎曲試驗裝置

有效

• 申請號: 201310132810.8
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103217347A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 趙波;童景琳;張燕;王曉博;卞平艷;劉折;崔峰;李章東;陳凡;許永強
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N3/20
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 王聚才;任彬

技術領域

本發明涉及陶瓷材料試樣超聲振動三點彎曲試驗在線觀測裝置，尤其是用于陶瓷試樣的斷裂裂紋動態擴展的測定，屬試驗設備類。

背景技術

納米復相陶瓷是一種高性能結構陶瓷材料，其具有高強、高韌、低密度、高硬和耐高溫、抗蠕變、耐磨損、耐腐蝕和化學穩定性好等優異的性能，已逐步成為尖端技術不可缺少的關鍵材料。

但是納米復相陶瓷的塑韌性仍然很低，且硬度高、對缺陷的敏感度高，這使得其很難實現高精度、高效率和高可靠性的加工。因此，如何將納米復相陶瓷的塊材加工成具有一定形狀和尺寸精度的零件，是納米復相陶瓷能否真正地進入實用化并為國民經濟和國防各個領域所充分利用的關鍵。

為了改善納米陶瓷的磨削加工性能，在硬脆材料的高效加工、延性加工、鏡面加工、納米技術等研究領域，將功率超聲與不同的特種加工、超精密加工相結合，高效獲得微納米加工表面，是應用性研究的一個新方向。然而關于超聲刀具作用于陶瓷材料的研究，基本上都是從工藝和宏觀的角度進行，至多是在加工后對材料進行微觀特性的觀察，沒有探究超聲振動對材料內稟特性的影響。而現有的三點彎曲試驗裝置均不適合陶瓷等硬脆材料的超聲振動斷裂過程的在線觀測。

發明內容

本發明提供一種適合在線觀測硬脆材料的超聲振動三點彎曲試驗裝置，可實現工件的多維振動，便于模擬實際超聲振動加工過程的受力狀況進行磨削裂紋研究。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種適合在線觀測硬脆材料的超聲振動三點彎曲試驗裝置，包括呈立方體的支架，支架的底板和上平板為一體，三點彎曲裝置固定于測力儀上，測力儀放置在液壓試驗機上；

支架上平板前側開有窗口槽，石英玻璃安裝在窗口槽內；支架的底板上設有移動式觀測裝置，移動式觀測裝置的高速攝影鏡頭與石英玻璃位置對應；

支架上平板橫向設有燕尾型槽導軌，燕尾型槽導軌內設有絲杠，燕尾型槽導軌右側的支架上平板上設有一體的固定支座，絲杠右端與固定支座配合，絲杠左端伸出燕尾槽左端面且穿過固定盤、刻度盤和絲杠轉動裝置固定連接；移動支座通過燕尾槽導軌和支架上平板連接在一起且與絲杠傳動配合；移動支座和固定支座的前側面有用于安裝硬質合金圓棒的臺階孔，移動支座和固定支座的頂面開有一半圓形槽，半圓形槽內放置試件，硬質合金圓棒在半圓形槽內外露，用于支撐試件；移動支座和固定支座的后側面設有一沉頭螺孔并設有用于調整彈簧預緊力的螺栓，孔內放置彈簧，彈簧首端和螺栓連接，彈簧末端與試件固定壓接；

支架上平板上固定支座右側設有凸臺盤，凸臺盤上面鏜有孔，橫向超聲振動系統通過法蘭盤固定在凸臺盤上，橫向超聲振動系統通過固定支座的半圓形槽與試件緊密接觸且把振動傳給試件；

縱向超聲振動系統安裝在液壓試驗機的主軸上，縱向超聲振動系統下端裝有壓頭，實現超聲振動三點彎曲實驗。

移動式觀測裝置包括豎向設置的立柱，立柱上穿設有箱體，箱體內水平方向穿設有移動臂，移動臂上加工有與齒輪配合的齒，構成齒輪齒條機構，齒輪通過齒輪軸設置在箱體內，齒輪軸的外端穿出齒輪軸固定盤后設有手柄，齒輪軸固定盤通過螺釘固定在箱體上；移動臂的末端通過鏡頭安裝板固定有高速攝影鏡頭。

箱體上豎向設有與立柱配合的立柱孔，立柱孔后側的箱體上設有立柱開口槽，立柱開口槽與立柱孔連通，立柱開口槽處配套設有橫穿的立柱緊固螺釘；箱體上橫向設有與移動臂配合的移動臂孔，移動臂孔前側的箱體上設有移動臂開口槽，移動臂開口槽與移動臂孔連通，移動臂開口槽處配套設有縱穿的移動臂緊固螺釘。

固定盤通過螺釘和燕尾型槽導軌端面固定在一起，移動支座下方燕尾槽中間有一圓柱形孔，圓柱形孔和螺母座的圓柱形凸臺緊密配合，絲杠和螺母座的螺孔配合。

移動支座一側設有兩鎖緊螺釘孔，通過兩鎖緊螺釘和位于燕尾槽內的鑲條固定。

在試件的側面和/或下方設置高速攝像系統，高速攝像系統與計算機連接，實現斷裂過程的實時在線觀察。

絲杠轉動裝置包括帶搖動手柄的手輪，手輪和刻度盤分別通過鍵和絲杠左端連接。

支架的立板和底板、上平板均呈垂直結構，上平板和底板平行，燕尾槽上表面和支架上平板平行，移動支座和固定支座固定在燕尾槽導軌上后與底座上平板平行。

移動支座半圓形槽左端設置位移傳感器。

本發明同時可以實現橫向超聲振動和壓頭的縱向超聲振動，可實現工件的多維振動。針對超聲磨削過程中磨削表面裂紋的疲勞斷裂過程在動態下難以測量的情況，設計了超聲振動三點彎曲斷裂等效實驗裝置，從而模擬實際加工過程的受力狀況進行磨削疲勞研究。