一种提桶钢样氧氮棒状试样制备装置及方法与流程

1.本发明涉及钢铁冶金试样制备技术领域，具体为一种提桶钢样氧氮棒状试样制备装置及方法。


背景技术：

2.钢中全氧含量(t.o)、氮含量对钢水质量影响较大，为分析钢水中的氧氮含量生产现场主要有两种取样方式，一种是普通棒状取样器取样分析，另一种为提桶取样器取样加工成棒状样分析。普通棒状取样器取样是依靠钢水静压力取样，虽然较为便捷，但取出的试样量少且存在夹杂、缩孔、表面严重氧化等问题，检测结果与真实值存在一定的偏差；而通过提桶取样器制取的氧氮棒状试样缺陷少、可避免，且提桶钢样量大，在分析氧氮含量的同时，还可以对应进行金相分析，提高分析的对应性。对于氧氮含量要求较高的钢种(如高牌号硅钢、汽车外板等)生产以及科研试验时，为了准确分析钢水中的氧氮含量，一般要采用代表性较好的提桶样来进行氧氮试样加工、检测，授权公告号为cn104697814b的发明专利一种提桶样取样方法，即公开了这种提桶样取样方法。提桶样是上大下小的圆台样，其氧氮试样加工方法存在一定的局限性，且氧氮联测对试样表面光洁度要求很高，表面光洁度差会影响检验精度，提桶钢样在氧氮棒状试样加工时存在难度大、加工时间长的问题。
3.目前，提桶钢样氧氮棒状试样加工的方法主要有线切割和机加工两种，但这两种加工方法都存在一定的局限性。线切割加工时间较长、表面粗糙且由于加工时间长导致表面易氧化；机加工步骤比较繁琐，须要上下前后各切四刀再进行车制，加工时间同样较长会影响分析结果，且试样难以固定，容易造成制样失败。因此，为了提高提桶钢样制取氧氮棒状试样的加工精度和效率，缩短制样和检验周期，亟需一种提桶钢样氧氮棒状试样制备装置及方法来解决这个问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种提桶钢样氧氮棒状试样制备装置及方法，以解决提桶钢样氧氮棒状试样制备困难的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提桶钢样氧氮棒状试样制备装置，包括磁座钻，其磁座钻固定部的下端固定安装有固定基座，其磁座钻活动部下端安装有圆筒状空心钻头，圆筒状空心钻头的正下方处安装有夹紧装置，夹紧装置包括左夹具和右夹具，二者相互正对的面分别开设有曲面凹槽，且两个曲面凹槽的槽底曲面均取自圆台形的提桶钢样的侧面的一部分，左夹具和右夹具至少包括一个方向上的运动自由度使两个槽底曲面对应的圆台体的中心线在分离和重合间运动。
6.优选的，夹紧装置由左限位部件和右限位部件组成，其中左限位部件包括左气缸、左伸缩杆和左夹具，左气缸固定安装在固定基座上，左伸缩杆的两端分别与左气缸和左夹具固定连接；右限位部件包括右气缸、右伸缩杆和右夹具，右气缸固定安装在固定基座上，右伸缩杆的两端分别与右气缸和右夹具固定连接，左气缸与右气缸的推动方向相反。
7.优选的，磁座钻还装有冷却系统，包括冷却水箱、水流开关和水管，其中冷却水箱固定安装在磁座钻固定部的一侧，水流开关设置于冷却水箱外侧，水管的一端连通冷却水箱，另一端延伸至圆筒状空心钻头下方，水管设有阀门，水流开关控制其打开和关闭。
8.优选的，固定基座位于夹紧装置的正下方处开设有试样收集槽。
9.优选的，固定基座通过若干个固定螺栓与磁座钻固定部固定连接。
10.优选的，圆筒状空心钻头为内部空心的圆筒状，且其空心的深度大于安装在夹紧装置上的提桶钢样的厚度。
11.本发明提供的另一技术方案：一种提桶钢样氧氮棒状试样制备方法，包括以下具体步骤：
12.1)将圆筒状空心钻头固定安装在磁座钻活动部下端；
13.2)移动左夹具和右夹具使两个槽底曲面对应的圆台体的中心线分离，将提桶钢样横向水平放置到夹紧装置的左夹具与右夹具之间处，移动左夹具和右夹具使两个槽底曲面对应的圆台体的中心线重合以夹紧提桶钢样，并令提桶钢样位于圆筒状空心钻头正下方；
14.3)启动磁座钻，控制磁座钻活动部相对于磁座钻固定部向下移动，圆筒状空心钻头向靠近提桶钢样的方向移动，直到二者相接触，在提桶钢样上进行钻取作业，直至由上至下钻透提桶钢样，位于圆筒状空心钻头内的部分与提桶钢样脱离掉落，获得圆柱体结构的氧氮棒状试样。
15.优选的，磁座钻还装有冷却系统，包括冷却水箱、水流开关和水管，其中冷却水箱固定安装在磁座钻固定部的一侧，水流开关设置于冷却水箱外侧，水管的一端连通冷却水箱，另一端延伸至圆筒状空心钻头下方，水管设有阀门，水流开关控制其打开和关闭；固定基座位于夹紧装置的正下方处开设有试样收集槽；启动磁座钻之前，打开水流开关，待冷却水从水管接近圆筒状空心钻头的一端流出再启动磁座钻，钻取作业时用冷却水冲洗作业部位，流下的冷却水从试样收集槽排出。
16.优选的，获得的氧氮棒状试样采用200目的细砂纸进行磨制后，进行氧氮含量检测分析。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.1、该提桶钢样氧氮棒状试样制备装置及方法，结构简单合理，使用方便，提桶钢样氧氮棒状试样制备速度快，6
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7分钟即可完成，表面不易氧化，试样表面光洁度好，符合氧氮含量检测分析的要求，能有效提高检测精确度。
19.2、该提桶钢样氧氮棒状试样制备装置及方法，夹紧装置设计有可以贴合提桶钢样的曲面，因此能牢牢地夹紧提桶钢样，防止制备过程中松动和震动，有利于提高试样制备精度，同时能够对钻头起到有效保护作用，避免钻头弯折或断开。
附图说明
20.图1为本发明的一种实施方式的主视结构示意图；
21.图2为图1所示实施方式中夹紧装置的一种工作状态的俯视结构示意图；
22.图3为图1所示实施方式中的左夹具的左视透视结构示意图；
23.图4为现有机加工法制备的提桶钢样氧氮棒状试样实物图；
24.图5为直接采用市面常见磁座钻制备的提桶钢样氧氮棒状试样实物图；
25.图6为采用本发明的装置及方法制备的提桶钢样氧氮棒状试样实物图。
26.图中：1、固定基座；2、磁座钻；3、磁座钻固定部；4、磁座钻活动部；5、圆筒状空心钻头；6、试样收集槽；7、提桶钢样；8、左限位部件；9、右限位部件；10、左气缸；11、左伸缩杆；12、左夹具；13、右气缸；14、右伸缩杆；15、右夹具；16、固定螺栓；17、冷却系统；18、冷却水箱；19、水流开关；20、水管。
具体实施方式
27.提桶钢样氧氮棒状试样加工的方法主要有线切割和机加工两种，但这两种加工方法都存在一定的局限性。线切割加工时间较长、表面粗糙且由于加工时间长导致表面易氧化，这种方法已几乎不再使用；机加工步骤比较繁琐，须要上下前后各切四刀再进行车制，加工时间同样较长会影响分析结果，且试样难以固定，容易造成制样失败，其制样成功后如图4所示，不难看出有的试样表面仍有较多的起伏，光洁度较不稳定。为了提高提桶钢样制取氧氮棒状试样的加工精度和效率，缩短制样和检验周期，提出本发明。
28.在本发明探索的初期，发明人采用现有的磁座钻直接进行制样，但制样结果如图5所示，所得样品表面光洁度差无法使用，
29.如图1所示，一种提桶钢样氧氮棒状试样制备装置，包括磁座钻2(采用市面上常见的磁座钻)，其磁座钻固定部3的下端固定安装有固定基座1，固定基座1可以通过若干个固定螺栓16与磁座钻固定部3固定连接，其磁座钻活动部4下端安装有圆筒状空心钻头5，圆筒状空心钻头5的正下方处安装有夹紧装置，夹紧装置包括左夹具12和右夹具15，二者相互正对的面分别开设有曲面凹槽，且两个曲面凹槽的槽底曲面均取自圆台形的提桶钢样7的侧面的一部分(参阅图3)，左夹具12和右夹具15至少包括一个方向上的运动自由度使两个槽底曲面对应的圆台体的中心线在分离和重合间运动，例如正对彼此的直线运动、形似剪刀两腿部的活动方式等，还可以采用多自由度的移动装置，例如机械臂、上下左右前后六向滚珠丝杠等，只要可以实现两个槽底曲面对应的圆台体的中心线能够分离也能够重合即可。
30.参阅图2，上述夹紧装置可采用以下结构，夹紧装置由左限位部件8和右限位部件9组成，其中左限位部件8包括左气缸10、左伸缩杆11和左夹具12，左气缸10固定安装在固定基座1上，左伸缩杆11的两端分别与左气缸10和左夹具12固定连接；右限位部件9包括右气缸13、右伸缩杆14和右夹具15，右气缸13固定安装在固定基座1上，右伸缩杆14的两端分别与右气缸13和右夹具15固定连接，左气缸10与右气缸13的推动方向相反；上述结构中，左气缸10和右气缸13还可等同替换为其他驱动装置，如电机推杆、手动推杆等，另外，各领域公知的，不论何种替换，均需要有定位功能才能起到夹紧效果。
31.为提高钻样稳定性并延长钻头使用寿命进一步可选的，磁座钻2还装有冷却系统17，包括冷却水箱18、水流开关19和水管20，其中冷却水箱18固定安装在磁座钻固定部3的一侧，水流开关19设置于冷却水箱18外侧，水管20的一端连通冷却水箱18，另一端延伸至圆筒状空心钻头5下方，水管20设有阀门，水流开关19控制其打开和关闭。
32.固定基座1位于夹紧装置的正下方处还可以开设有试样收集槽6，用于收集加工完成的试样，还可以收集或引流冷却水方便排水，试样收集槽6若仅上端开口则可用于收集冷却水，若如图1所示两端贯通固定基座1侧面，则用于引流排水。
33.具体的，圆筒状空心钻头5为内部空心的圆筒状，且其空心的深度大于安装在夹紧
装置上的提桶钢样7的厚度。
34.一种提桶钢样氧氮棒状试样制备方法，包括以下具体步骤：
35.1)将圆筒状空心钻头5固定安装在磁座钻活动部4下端；
36.2)移动左夹具12和右夹具15使两个槽底曲面对应的圆台体的中心线分离，将提桶钢样7横向水平放置到夹紧装置的左夹具12与右夹具15之间处，移动左夹具12和右夹具15使两个槽底曲面对应的圆台体的中心线重合以夹紧提桶钢样7，并令提桶钢样7位于圆筒状空心钻头5正下方；
37.3)启动磁座钻2，控制磁座钻活动部4相对于磁座钻固定部3向下移动，圆筒状空心钻头5向靠近提桶钢样7的方向移动，直到二者相接触，在提桶钢样7上进行钻取作业，直至由上至下钻透提桶钢样7，位于圆筒状空心钻头5内的部分与提桶钢样7脱离掉落，获得圆柱体结构的氧氮棒状试样。
38.当采用上述实施方式中的方案时，即磁座钻2还装有冷却系统17，包括冷却水箱18、水流开关19和水管20，其中冷却水箱18固定安装在磁座钻固定部3的一侧，水流开关19设置于冷却水箱18外侧，水管20的一端连通冷却水箱18，另一端延伸至圆筒状空心钻头5下方，水管20设有阀门，水流开关19控制其打开和关闭；固定基座1位于夹紧装置的正下方处开设有试样收集槽6；启动磁座钻2之前，打开水流开关19，待冷却水从水管20接近圆筒状空心钻头5的一端流出再启动磁座钻2，钻取作业时用冷却水冲洗作业部位，流下的冷却水从试样收集槽6排出。
39.若获得的氧氮棒状试样表面还有略微粗糙处，宜采用200目的细砂纸进行简单磨制后，再进行氧氮含量检测分析。
40.实施例：
41.利用mab800磁座钻和φ5mm的钻头，采用本发明的装置和方法进行提桶钢样氧氮棒状试样加工，制样时间为6～7min，加工后试样表面光洁度较好(如图6所示)，只需要进行简单的砂纸打磨即可以进行氧氮检测。
42.对s355ml以及dc04两个钢种进行了提桶钢样氧氮棒状试样加工分析，同一提桶钢样上分别制取4个氧氮棒状试样并采用氧氮联测仪进行氧氮检测，每个氧氮棒状试样加工时间均在7min内。其中s355ml钢种检测后的平均全氧含量(t.o)为22.1ppm，相对平均标准偏差为2.9％，相对标准偏差为4.7％，平均氮含量为54.5ppm，相对平均标准偏差为0.80％，相对标准偏差为1.10％；dc04钢种检测后的平均全氧含量(t.o)为33.3ppm，相对平均标准偏差为1.30％，相对标准偏差为0.55％，平均氮含量为37.9ppm，相对平均标准偏差为1.80％，相对标准偏差为0.83％，检测精确度好，采用本发明在快速实现提桶钢样氧氮棒状试样加工的基础上，同时满足了试样分析的准确性要求。
43.以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
44.本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。