一種PDC抗沖擊韌性自動檢測設備的制作方法

本實用新型涉及用機械應力測試固體材料的強度特性領域，更具體的講是一種PDC抗沖擊韌性自動檢測設備。

背景技術：

聚晶金剛石復合片（Polycrystalline Diamond Compact，以下簡稱為PDC）屬于新型功能材料，是采用金剛石微粉與硬質合金襯底在超高壓高溫條件下燒結而成，既具有金剛石的高硬度、高耐磨性與優良導熱性，又具有硬質合金的強度與抗沖擊韌性，是制造切削刀具、鉆井鉆頭及其他耐磨工具的理想材料。對PDC性能的評價主要包括耐磨性、抗沖擊韌性、耐熱性，其中抗沖擊韌性是作為衡量PDC質量優劣的一項重要指標。目前對PDC的抗沖擊韌性的檢測多采用落錘沖擊、連續沖擊等抗沖擊檢測手段。落錘沖擊所采用的方式是通過PDC夾具將PDC以一定的角度固定在底座上，然后落錘以一定的高度落下沖擊PDC邊緣，直至試樣表面出現可見裂紋或產生破碎時，將所得到的沖擊功（沖擊次數與單次沖擊能量之積）作為抗沖擊性能的定量指標。

但是,目前這種測試過程還存在以下技術難點：（1）測試時如何保證沖頭與PDC點對點的沖擊。由于測試過程需要多次沖擊，且PDC硬度高，每次沖擊能量較大，易產生沖頭變形導致沖頭與PDC形成面對面接觸的情況，造成測試結果不可靠；（2）如何實現可精確自動變換沖擊力測試。不同的PDC產品，測試時需要的單次沖擊能量不同，同一個PDC產品測試過程中單次沖擊能量也可能需要改變，針對這種情況，如果每次通過人工調節沖錘高度，將導致測試效率低下且調節精確度難以保證，影響測試結果的可靠性；（3）如何防止沖錘二次沖擊。測試時希望沖錘每次下落對PDC只發生一次沖擊，但是由于材料基本都具有一定的彈性，沖錘在沖擊PDC后會反彈“跳起”再落下沖擊PDC，造成二次沖擊；（4）如何實現測試過程的自動化。測試過程的自動化包括重復沖擊自動化、記錄沖擊次數自動化。PDC的質量目前已得到了大幅度的提高，測試一個試樣可能需要沖擊上百次才能破壞樣品，如果靠人工控制沖錘沖擊和記錄沖擊次數會十分繁瑣，測試效率低下，增加了操作人員的工作強度。

技術實現要素：

本實用新型提供一種PDC抗沖擊韌性自動檢測設備，目的在于解決現有PDC抗沖擊韌性檢測設備中存在的上述技術難點。

本實用新型采用如下技術方案：

一種PDC抗沖擊韌性自動檢測設備，包括機架（100）、提升裝置（1）和沖擊裝置（3），其中機架（100）設有一可水平旋轉的沖板（28），沖擊裝置（3）包括能量基板（25），該能量基板（25）可豎直升降地設置于沖板（28）的正上方，并配設有將其抬升的提升裝置（1），能量基板（25）的下端面設有用于固定PDC（41）的固定件（301）；還包括結構相同的左限位裝置（2）和右限位裝置（4），左限位裝置（2）和右限位裝置（4）分別位于能量基板（25）的左側和右側，其中左限位裝置（2）包括二維滑動機構（201）和用于支撐能量基板（25）的左限位板（51），左限位板（51）通過二維滑動機構（201）可豎直升降和左右移動地設置于機架（100）。

進一步，上述提升裝置（1）包括固定板（17）、鋼絲繩（13）、第一絲桿基座（20）和依次傳動連接的第一伺服電機（22）、第一聯軸器（21）、第一絲桿（19）及第一絲桿滑塊（18），其中第一絲桿（19）安裝于第一絲桿基座（20）上，第一絲桿基座（20）通過固定板（17）豎直設置于機架（100）上，所述鋼絲繩（13）的一端與第一絲桿滑塊（18）連接，另一端繞過至少一帶凹槽滾輪后與能量基板（25）相連接。

進一步，上述提升裝置（1）還包括銜接板（16）、吊環固定塊（15）和用于連接鋼絲繩（13）的第一吊環（14），其中第一吊環（14）設置于吊環固定塊（15），吊環固定塊（15）通過銜接板（16）安裝于第一絲桿滑塊（18）。

進一步，上述沖擊裝置還包括豎直設置于機架（100）且相互平行的第一鍍鉻棒（23）和第二鍍鉻棒（38），能量基板（25）設有第一法蘭盤（24）和第二法蘭盤（36），第一鍍鉻棒（23）和第二鍍鉻棒（38）分別可滑動地裝設于第一法蘭盤（24）和第二法蘭盤（36）中，能量基板（25）的上端面中間設有用于連接鋼絲繩（13）的第二吊環（37）；所述固定件（301）由PDC夾具（39）和螺栓（40）組成，PDC夾具（39）固定在能量基板（25）的下端面。

進一步，還包括沖板旋轉驅動機構（280），該沖板旋轉驅動機構（280）包括同步帶輪基體（29）、同步從動帶輪（30）、同步帶（31）、和設有同步主動帶輪（33）的步進電機（35），步進電機（35）固設于機架（100），同步帶輪基體（29）可旋轉地設置于機架（100），同步帶輪基體（29）的外部套設有與其聯動的同步從動帶輪（30），同步從動帶輪（30）通過同步帶（31）與同步主動帶輪（33）相聯動，同步帶輪基體（29）的上端面設有所述沖板（28）。

進一步，同步帶輪基體（29）的上端面設有第一同步帶輪基體柱（26）和第二同步帶輪基體柱（27），沖板（28）放置于同步帶輪基體（29）上并穿過第一同步帶輪基體柱（26）和第二同步帶輪基體柱（27）。

進一步，上述二維滑動機構（201）包括第一固定基座（43）、第二絲桿基座（54）、第一固定基板（47）、第一支撐座（57）和依次傳動連接的第二伺服電機（42）、第二聯軸器（60）、第二絲桿（59）、第二絲桿滑塊（45），其中第二絲桿（59）安裝于第二絲桿基座（54），第二絲桿基座（54）通過第一固定基座（43）豎直設置于機架（100），第一固定基板（47）通過第一支撐座（57）設置于第二絲桿滑塊（45），第一固定基板（47）上可左右滑動的裝設有所述左限位板（51）并配設有使左限位板（51）動作的氣缸53。

由上述對本實用新型結構的描述可知，本實用新型具有如下優點：

其一、本實用新型使用時，將PDC放入PDC夾具中，在提升裝置的帶動下，PDC可以豎直向上運動到一定的高度之后自由落體下落沖擊沖板，然后被鋼絲繩提起到之前自由落體的高度，完成一次沖擊實驗。在PDC再次自由落體沖擊沖板前，沖板可以在人工和機械驅動的作用下轉動一個角度，所以PDC每次沖擊沖板時與沖板表面的接觸點都不會與已沖擊過的點重合，這樣可以保證PDC與沖板每次都是點對點接觸，防止沖板表面被沖擊后形成凹坑再重復沖擊產生面對面接觸的情況。另外，當PDC沖擊沖板反彈“跳起”后，鋼絲繩會在PDC二次沖擊沖板前將其拉起，故可以防止PDC對沖板的二次沖擊。

其二、本實用新型中，左限位裝置和右限位裝置分別在沖擊裝置的左邊和右邊，可以根據所需單次沖擊能量的大小,在二維滑動機構的帶動下左限位板和右限位板可以精確的豎直上下運動到對應高度,且左限位板和右限位板基本保持水平，左限位板和右限位板的高度決定了PDC的下落高度，即決定了單次沖擊能量大小。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是本實用新型中提升裝置的結構示意圖。

圖3是本實用新型中沖擊裝置的結構示意圖。

圖4是本實用新型中沖擊裝置的主視圖。

圖5是本實用新型中左限位裝置的結構示意圖。

圖6是本實用新型中左限位裝置的主視圖。

圖7是本實用新型中右限位裝置的結構示意圖。

圖8是本實用新型中右限位裝置的主視圖。

具體實施方式

下面參照附圖說明本實用新型的具體實施方式。

如圖1所示，一種PDC抗沖擊韌性自動檢測設備，包括機架（100）、提升裝置（1）、沖擊裝置（3）、左限位裝置（2）和右限位裝置（4）。機架（100）包括頂板（101）和底板（102），頂板（101）和底板（102）通過四個支撐棒（103）上下重疊的連接在一起。

如圖1、圖3和圖4所示，機架（100）在底板（102）上設有一可水平旋轉的沖板（28）。作為優選方案：本實用新型還包括使沖板（28）轉動的沖板旋轉驅動機構（280）。沖板旋轉驅動機構（280）包括同步帶輪基體（29）、同步從動帶輪（30）、同步帶（31）、和設有同步主動帶輪（33）的步進電機（35）。步進電機（35）通過步進電機固定座（34）固設于機架（100）的底板（102）上，同步帶輪基體（29）通過沖板基座（32）可旋轉地設置于機架（100）的底板（102）上，并且同步帶輪基體（29）的外部套設有與其聯動的同步從動帶輪（30）。同步從動帶輪（30）通過同步帶（31）與同步主動帶輪（33）相聯動。同步帶輪基體（29）的上端面設有一可水平旋轉的沖板（28）。其中沖板為Cr12MoV材料。

如圖1、圖3和圖4所示，同步帶輪基體（29）沖板（28）的具體連接方式為：同步帶輪基體（29）的上端面設有第一同步帶輪基體柱（26）和第二同步帶輪基體柱（27），沖板（28）放置于同步帶輪基體（29）上并穿過第一同步帶輪基體柱（26）和第二同步帶輪基體柱（27）。

如圖1、圖3和圖4所示，沖擊裝置（3）包括能量基板（25），該能量基板（25）可豎直升降地設置于沖板（28）的正上方，并配設有將其抬升的提升裝置（1），能量基板（25）的下端面設有用于固定PDC（41）的固定件（301）。具體地，沖擊裝置（3）還包括豎直設置于機架（100）且相互平行的第一鍍鉻棒（23）和第二鍍鉻棒（38），能量基板（25）設有第一法蘭盤（24）和第二法蘭盤（36），第一鍍鉻棒（23）和第二鍍鉻棒（38）分別可滑動地裝設于第一法蘭盤（24）和第二法蘭盤（36）中，能量基板（25）的上端面中間設有用于連接鋼絲繩（13）的第二吊環（37）；固定件（301）由PDC夾具（39）和螺栓（40）組成，PDC夾具（39）固定在能量基板（25）的下端面。

如圖1、圖2和圖3所示，提升裝置（1）包括固定板（17）、鋼絲繩（13）和依次傳動連接的第一伺服電機（22）、第一聯軸器（21）、第一絲桿（19）及第一絲桿滑塊（18），第一絲桿（19）安裝于第一絲桿基座（20）上，第一絲桿基座（20）通過固定板（17）豎直設置于機架（100）的底板（102）上，并位于沖擊裝置（3）的后方，第一伺服電機（22）安裝于第一絲桿基座（20）的上端。鋼絲繩（13）的一端與第一絲桿滑塊（18）連接，另一端繞過至少一帶凹槽滾輪后與能量基板（25）的第二吊環（37）相連接。

如圖1、圖2和圖3所示，作為優選方案：提升裝置（1）還包括銜接板（16）、吊環固定塊（15）和用于連接鋼絲繩（13）的第一吊環（14），其中第一吊環（14）設置于吊環固定塊（15），吊環固定塊（15）通過銜接板（16）安裝于第一絲桿滑塊（18）。機架（100）的頂板（101）通過第一軸承座（6）、第二軸承座（8）和第三軸承座（10）分別裝設有第一帶凹槽滾輪（7）、第二帶凹槽滾輪（9）和第三帶凹槽滾輪（11），其中第一帶凹槽滾輪（7）、和第三帶凹槽滾輪（11）的外部還對應設有第一導向座（5）和第二導向座（12），連接鋼絲繩（13）依次穿過第一導向座（5）、第一帶凹槽滾輪（7）上方、第二帶凹槽滾輪（9）下方、第三帶凹槽滾輪（11）上方和第二導向座（12），并且連接鋼絲繩（13）的一端垂直向下延伸并與第一吊環（14）相連接，另一端垂直向下延伸并與第二吊環（37）相連接。

如圖1、圖3、圖5和圖6所示，左限位裝置（2）和右限位裝置（4）的結構相同，并且左限位裝置（2）和右限位裝置（4）分別位于能量基板（25）的左側和右側，其中左限位裝置（2）包括二維滑動機構（201）和用于支撐能量基板（25）的左限位板（51），左限位板（51）通過二維滑動機構（201）可豎直升降和左右移動地設置于機架（100）。

如圖1、圖3、圖5和圖6所示，二維滑動機構（201）包括第一固定基座（43）、第二絲桿基座（54）、第一固定基板（47）、第一支撐座（57）和依次傳動連接的第二伺服電機（42）、第二聯軸器（60）、第二絲桿（59）、第二絲桿滑塊（45），其中第二絲桿（59）安裝于第二絲桿基座（54），第二絲桿基座（54）通過第一固定基座（43）豎直設置于機架（100）的底板（102）上。第一固定基板（47）通過第一支撐座（57）設置于第二絲桿滑塊（45）。第一固定基板（47）上可左右滑動的裝設有所述左限位板（51）并配設有使左限位板（51）動作的氣缸53。

如圖1、圖3、圖5和圖6所示，具體的，第二伺服電機（42）固定在第二絲桿基座（54）一端上，通過第二聯軸器（60）帶動第二絲桿（59）轉動，從而帶動第二絲桿滑塊（45）沿著第二絲桿（59）軸向上下滑動，第一支撐座（57）固定在第二絲桿滑塊（45）上，第一固定基板（47）固定在第一支撐座（57）上，第一固定基板（47）上固定的有第一軌道固定板（46）、第二軌道固定板（50）、第一氣缸固定座（52）、第一圓柱導軌（48）和第二圓柱導軌（49），第一圓柱導軌（48）和第二圓柱導軌（49）的兩端分別固定在軌道固定板1（46）和軌道固定板2（50）上，第一滑塊（58）可以在圓柱導軌1（48）和圓柱導軌2（49）上滑動。左限位板（51）固定在第一滑塊（58）上，在第一氣缸（53）的推動下可以左右移動。第一氣缸（53）固定在第一氣缸固定座（52）上，第二絲桿基座（54）固定在第一固定基座（43）上，第一固定基座（43）固定在第一吸震板（44）上，第一吸震板（44）安裝在機架（100）的底板（102）上，第一坦克鏈固定槽（55）固定在第一固定基座（43）側面，第一坦克鏈（56）安裝在第一坦克鏈固定槽（55）中，用來放置電纜和氣管。

如圖1、圖3、圖7和圖8所示，右限位裝置（4）中，第三伺服電機（61）固定在第三絲桿基座（73）一端上，通過第三聯軸器（79）帶動第三絲桿（74）轉動，從而帶動第三絲桿滑塊（64）沿著第三絲桿（74）軸向上下滑動，第二支撐座（76）固定在第三絲桿滑塊（64）上，第二固定基板（67）固定在第二支撐座（76）上，第二固定基板（67）上固定的有第三軌道固定板（65）、第四軌道固定板（70）、第二氣缸固定座（72）、第三圓柱導軌（68）和第四圓柱導軌（69）。第三圓柱導軌（68）和第四圓柱導軌（69）的兩端分別固定在第三軌道固定板（65）和第四軌道固定板（70）上，第二滑塊（75）可以在第三圓柱導軌（68）和第四圓柱導軌（69）上滑動。右限位板（66）固定在第二滑塊（75）上，在第二氣缸（71）的推動下可以左右移動。第二氣缸（71）固定在第二氣缸固定座（72）上，第三絲桿基座（73）固定在第二固定基座（62）上，第二固定基座（62）固定在第二吸震板（63）上，第二吸震板（63）安裝在機架（100）的底板（102）上。第二坦克鏈固定槽（78）固定在第二固定基座（62）側面，第二坦克鏈（77）安裝在第二坦克鏈固定槽（78）中，用來放置電纜和氣管。

如圖1至圖8所示，本實用新型的使用方法：第一步，首先將PDC（41）放在PDC夾具（39）中通過螺栓（40）鎖緊；第二步，在第一伺服電機（22）的驅動下，鋼絲繩（13）牽引能量基板（25）上升到左限位板（51）和右限位板（66）的上方后停止運動；第三步，左限位板（51）和右限位板（66）分別在第一氣缸（53）和第二氣缸（71）的推動下移動到能量基板（25）的左下方和右下方；第四步，鋼絲繩（13）在第一伺服電機（22）的驅動下“放松”一段長度，能量基板（25）此時被左限位板（51）和右限位板（66）支撐在空中；第五步，左限位板（51）和右限位板（66）分別在第一氣缸（53）和第二氣缸（71）的帶動下回到初始位置，能量基板（25）因無支撐而自由落體下落沖擊沖板（28）；第六步，當PDC（41）沖擊沖板（28）反彈“跳起”后，在第一伺服電機（22）的驅動下，鋼絲繩（13）會在PDC（41）二次沖擊沖板（28）前將其拉起回到自由落體時的高度；第七步，在PDC（41）再次自由落體沖擊沖板（28）前，沖板（28）在步進電機（35）的驅動下轉動一個角度，至此完成一次沖擊試驗。其中第一伺服電機（22）、第二伺服電機（42）、第三伺服電機（61）和步進電機（35）均由配套的控制裝置和控制系統控制。

上述僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的設計構思并不局限于此，凡利用此構思對本實用新型進行非實質性的改動，均應屬于侵犯本實用新型保護范圍的行為。