【終稿全套】一種新型金相試樣拋光機的設計【14張CAD圖紙】

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青島農業(yè)大學海都學院本科畢業(yè)設計開題報告 青島農業(yè)大學海都學院 本科生畢業(yè)論文（設計）開題報告 題 目： 一種新型金相試樣拋光機的設計 姓 名： 張在杰 學 院： 海都學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 2006.02 學 號： 020060574 指導教師： 劉玉高 一、選題依據(擬開展研究項目的研究目的、意義等) 材料是人類生產和生活的物質基礎，它可以直接反映出人類文明的程度。金屬材料的力學性能不僅與它的化學成分有關，也與它的組織結構有著密切的關系。了解它們之間的關系并掌握它們之間的變化規(guī)律，進行正確的金相分析是有效使用材料所必需的。 要進行金相分析，就必須制備能用于微觀觀察檢驗的樣品—金相試樣。通常，金相試樣制備要經過以下幾個步驟：取樣、鑲嵌、磨光(粗磨和細磨)和拋光。每項操作都必須嚴格細心因為任何階段的失誤都可能影響以后的步驟，在極端的情況下，不正確的制作可能造成假組織，從而得出錯誤的結論。金相試樣的制備是通過切割機、鑲嵌機、磨/拋光機來完成的。 金相試樣的最終質量是由拋光工順序決定的，拋光是金相制取試樣過程中至關重要的一環(huán)。拋光是將試樣上磨制產生的磨痕及變形層去掉，使其成為光滑鏡面的最后工序。拋光試樣的方法有機械拋光、電解拋光、化學拋光以及復合拋光等。機械拋光是現階段應用最為廣泛的拋光方法，其正確的工藝和操作方法是在保證獲得優(yōu)質的試樣和其他條件(如邊緣保留及石墨和夾雜物保留等)的情況下具有最高的拋光速率選擇可靠性高的金相試樣拋光機，可以提高制樣效率和質量，減少試樣廢品率，從而降低成本，提高經濟效益，獲得樣品質量的高度一致性。另外，金相檢驗是故障分析和質量檢驗過程中一個不可缺少的手段，有時甚至比電鏡手段還重要，應視為一種常規(guī)的分析手段。造成故障的主要影響因素有：加工工藝(熱處理、表面處理、鑄造、焊接等)、加工方法和加工步驟不當造成的材料缺陷，以及使用中操作條件和環(huán)境的變化導致的損壞，都能通過金相檢驗來識別。制備金相樣品是金相檢驗中的必要步驟，而樣品制備的質量受人為因素影響較大，在樣品的切割、磨光和拋光過程中，若操作不當，極易使樣品表面產生變形或使磨面產生變形層而影響檢驗效果。但隨著科學技術的進步，用微機控制的制取試樣的設備已經問世，對各種材料有效制樣技術的數據庫己經開始建立，用機械代替人工制樣已成為現實，而且制樣速度快，質量高。 本課題設計一臺在現有拋光機的基礎上對其機械系統進行了技術改造，為金相試樣制備提供一種更好的操作界面。 二、國內外同類研究或同類設計的概況綜述(在充分收集研究主題相關資料的基礎上，分析國內外研究現狀，提出問題，找到研究主題的切入點，附主要參考文獻) 2.1國外拋光機的性能與特點 　(l)丹麥Struers公司研制的Abrapol-10型高科技自動化立地式金相拋光機。試樣可以不經鑲嵌裝在特殊夾具上，夾具由另一電動機帶動，其轉動方向與拋光盤相反。夾具與拋光盤之間的壓力可以在0～7OON之間任意調節(jié)。當到達預定拋光時間后，夾具自動抬起并停止。夾具的特點是能適應各種形狀的試樣。對于線材及尺寸較小的棒材試樣，可把試樣分成三組，用厚鋼板及螺釘固定在夾具上，每組可裝20～40個線材試樣，對于較大試樣每個夾具可以裝6塊。夾具上試樣孔的設計是使樣品與夾具及固定螺釘始終保持三點接觸。如果兩個人使用3臺這種設備，1小時可制備6至8個夾具試樣，實際上每個夾具試樣在3臺設備上的總有效時間總共只有6min，具有很高的拋光效率，而且試樣的拋光質量能達到金相分析的要求。 (2)美國Buehler公司研制生產的vanguard型全自動拋光機從粗拋到最后精拋整個過程全自動完成，可以設置50個常用工作程序，操作界面友好，彩色液晶顯示，觸摸式操作，整個過程的每個工序之間都進行夾持器和樣品的清洗與烘干，充分保證了樣品制備的高效與高制性，操作過程的全自動化模式，節(jié)省了人工并提高了效率與質量。試樣由拋光臂按照一定軌跡在拋光盤內運動，拋光臂上的壓力可根據需要調節(jié)，最大可達20N。在預定的拋光時間內，此壓力將逐漸自動減小到零，這樣可減少拋光缺陷。拋光臂的速度也可以調節(jié)，每道工序只需2～5min，適用于各種材料。 2.2國內拋光機的性能與特點 　 (1)上海長方光學有限公司生產的PG-1型金相拋光機配備0.2kw電機，拋光盤直徑為220mm，拋光速度可定制為900r/min～1400r/min。PG-l拋光機是采集多方面使用人員的意見和要求設計而成的，它具有傳動平穩(wěn)，噪音小，操作、維修方便等優(yōu)點。該機的拋光盤直徑和傳遞功率均大于國內同類產品，能適合更多種材料的拋光要求。 　 (2)南京測控科學器材有限公司研制的GPV型金相變頻調速拋光機采用無級變速，從1400～500r/min，并具有數字顯示轉速的功能變頻調速是被理論和實踐證明的“節(jié)能明顯，功能豐富，性能穩(wěn)定”的調速裝置，根據不同材料，拋光時需要選擇合適的速度，得到最佳的效果。該機的優(yōu)點是能在很短的時間內，達到最優(yōu)的拋光速度，并且消除試樣表面的劃痕，使試樣符合金相分析與研究的要求。 縱觀國內外拋光機的狀況，國內研發(fā)的拋光機在性能和外觀等方面還存在一定差距。例如，國內研制的拋光機多數機型的拋光盤為單盤或雙盤，有水龍頭，但冷卻條件差由于冷卻條件差，試樣表面易發(fā)熱變灰暗，而且會繼續(xù)增厚形變擾動層，對快速拋光好試樣帶來麻煩；拋光盤轉速固定不變，而金相試樣制備過程不允許組織變形，軟相(石墨)脫落，硬相(碳化物)浮凸，拋光后試樣表面應光亮如鏡、無磨痕。為此，不同性質的材料，需采取不同措施。 　　而國外研制的全自動拋光機，能夠自動控制冷卻液的流量，整個操作過程采用全自動化模式，節(jié)省了人工并有效地提高了研究效率與質量。 我國金相試樣制備的研究開發(fā)雖然已有幾十年的歷史，并己取得了一定的成績，但是和國外相比仍然有明顯的不足，制約我國金相試樣制備技術的因素主要有以下幾個方面： （1）我國目前還沒有金相試樣拋光機國家標準，金相試樣拋光機作業(yè)質量的測試指標以及測試條件，各個生產研制單位大多是根據企業(yè)標準對金相試樣拋光進行測試檢驗，判定標準不一，影響了新機型的開發(fā)研制。 （2）缺乏懂金相知識與機械設計及其控制的綜合性人才, 這無形中增加了我國金相取樣制樣設備的研究和開發(fā)的難度。 （3）冶金、機械、汽車、拖拉機、兵器、航天航空、軸承、工模具等制造行業(yè)中所需的金屬材料類型多樣化, 由于各種金屬材料的物理、化學等性能不一使拋光機在試驗參數測定、確定最佳性能指標等方面有很大難度。 （4）金相試樣拋光的機制研究和系統的理論欠缺，研究手段相對落后。我國金相試樣拋光機的設計和開發(fā)要適合我國的具體國情，不僅要適合我國廣大金相工作者對金相試樣拋光機各種性能的要求, 提高制樣質量和自動化程度，同時應考慮到金相工作者不同知識層次的需要,，使設備力求操作簡單，安全可靠，而且應考慮盡量降低成本，提高性能價格比，使金相試樣拋光機在各種規(guī)模、各種類型的企業(yè)實驗室得到應用和普及，促進我國金相事業(yè)的發(fā)展。 參考文獻 [1]王會強，孫維連，楊鈺瑛. 金相試樣拋光機的機械設計與研究. 機械與電子，2005，25-28 [2]施興華. 拋光機在表面處理工藝上的應用比較 .紡織器材， 2005，32（6）：37-38 [3]陸長明. 基于DSP的超精密拋光機模糊控制系統設計. 2005年機電一體化論壇，2005，22（12）：11-13 [4] 劉新佳，肖繼德，許鶴群. 金相試樣電解機械復合拋光工藝.新技術新工藝，1997.3（3） ：43-44 [5]陳文娟，孫維連. 金相試樣拋光機的機械設計與控制系統的研究 . [碩士學位論文]. 河北: 河北農業(yè)大學，2004 [6]王會強，孫維連，溫新林, 史立喜, 劉志國， 趙志剛. 國內外金相試樣拋光機的發(fā)展概況. 熱處理， 2005，22（3）：7-16 [7]陳文娟，孫維連，楊鈺瑛，賈亞雷，李杰. 金相研磨拋光機自動控制系統的研究. 現代機械，2003，6：10-11 三、研究方案(研究內容、目標、研究方法、技術路線、擬解決的問題、特色或創(chuàng)新點等) 本課題設計一臺在現有拋光機的基礎上對其機械系統進行了技術改造，為金相試樣制備提供一種更好的操作界面的一種新型的金相試樣拋光機。 拋光按其原理可以分為機械拋光，電解拋光，化學拋光，以及復合拋光。 (1)機械拋光 機械拋光是現階段應用最為廣泛的拋光方法，其正確的工藝和操作方法是在保證獲得優(yōu)質的試樣和其他條件(如邊緣保留及石墨和夾雜物保留等)的情況下具有最高的拋光速率。 (2)電解拋光 電解拋光是對難以用機械方法拋光的金屬試樣進行拋光的重要手段，它可以克服金屬干擾層和機械巒晶假象等問題，對于用極低負荷的顯微硬度實驗的樣品或透射電鏡的薄膜試樣特別有用。但每種金屬和合金所使用的拋光液和電解規(guī)范不同，因此需要進行相當數量的試驗工作來確定電解拋光規(guī)范。 (3)化學拋光 化學拋光是完全依靠化學藥劑的腐蝕作用而得到光亮的拋光表面。這種方法操作簡便，不需要復雜的機械和電解設備，只需要選擇適合的化學拋光液和試驗最佳拋光規(guī)范?；瘜W拋光的速度低，拋光后的磨面，表面光滑但形成起伏的波形，不能達到十分平整的要求。 而金相試樣拋光機對機械設計的要求有:精度高、運行平穩(wěn)、工作可靠,具有良好的伺服性能。面對傳動機構則要求:轉動慣量小，以減小機械負載，避免對系統造成不良影響；剛度大，有利于減小動力損失，提高固有頻率，增加閉環(huán)伺服系統的穩(wěn)定性；阻尼合適。為保證拋光精度和拋光質量的要求，對所需的機械系統采用以下方案： a. 設計動力頭。 因為在拋光過程中需要及時變換工件的運動方向,使拋光紋路復雜多變,這樣有利于降低表面粗糙度并保證表面均勻一致。 因此動力頭是拋光設計的技術關鍵,要設計出能帶動夾具上升和下降；按設定壓力在夾具上產生彈性力;壓力在一定范圍內自行調節(jié);驅動夾具旋轉;拋光一定時間后能自動降低夾具上的彈性力的動力頭。 b.設計夾具。 金相試樣拋光機機械制樣采用夾具夾持試樣,夾具帶動試樣與磨盤相對摩擦,并在夾具上施加一定的壓力,夾具可以裝取多塊試樣以提高制樣效率,在夾具上所施加的壓力可以靈活調整。 c.控制方法的研究。在處理復雜系統控制問題時，傳統控制方法對于復雜性、不確定性、突變性所帶來的問題總有些力不從心。為了適應不同技術領域和社會發(fā)展對控制科學提出的新要求，我們必須發(fā)展新的控制模式。近年來，在傳統控制中加人邏輯推理和啟發(fā)式知識，將傳統控制理論與模糊邏輯、神經網絡、遺傳算法等人工智能技術結合起來，充分利用人的控制知識對復雜系統進行智能化控制，逐漸形成拋光機的智能控制。 d.冷卻方式的研究。多數試樣拋光方法最重要的特點是拋光時產生高溫，會造成金相組織發(fā)生變化，給金相分析造成困難因而，金相取樣時必須進行充分冷卻。 四、進程計劃(各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實施進度、完成程度等) 1. 檢索國內外的資料，在認真分析的基礎上確定合理方案，繪出草圖，完成開題報告：（5.1－5.6） 2.完成機械的總體設計：（5.6－5.16） 3.完成傳動機構的設計和運動協調分析和主要零部件的設計計算：（5.16-5.26） 4.繪制總裝圖和主要零件圖：（5.26-6.2） 5.編寫設計說明書，完成畢業(yè)論文：（6.2－6.10） 五、導師評語 指導教師簽字： 2010 年 月 日 六、教研室意見 教研室主任簽字： 200 年 月 日 七、學院意見 負責人簽字： 200 年 月 日 5