一种PDC抗冲击韧性自动检测设备的制作方法

本发明涉及用机械应力测试固体材料的强度特性领域，更具体的讲是一种PDC抗冲击韧性自动检测设备。

背景技术：

聚晶金刚石复合片（Polycrystalline Diamond Compact，以下简称为PDC）属于新型功能材料，是采用金刚石微粉与硬质合金衬底在超高压高温条件下烧结而成，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与优良导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料。对PDC性能的评价主要包括耐磨性、抗冲击韧性、耐热性，其中抗冲击韧性是作为衡量PDC质量优劣的一项重要指标。目前对PDC的抗冲击韧性的检测多采用落锤冲击、连续冲击等抗冲击检测手段。落锤冲击所采用的方式是通过PDC夹具将PDC以一定的角度固定在底座上，然后落锤以一定的高度落下冲击PDC边缘，直至试样表面出现可见裂纹或产生破碎时，将所得到的冲击功（冲击次数与单次冲击能量之积）作为抗冲击性能的定量指标。

但是,目前这种测试过程还存在以下技术难点：（1）测试时如何保证冲头与PDC点对点的冲击。由于测试过程需要多次冲击，且PDC硬度高，每次冲击能量较大，易产生冲头变形导致冲头与PDC形成面对面接触的情况，造成测试结果不可靠；（2）如何实现可精确自动变换冲击力测试。不同的PDC产品，测试时需要的单次冲击能量不同，同一个PDC产品测试过程中单次冲击能量也可能需要改变，针对这种情况，如果每次通过人工调节冲锤高度，将导致测试效率低下且调节精确度难以保证，影响测试结果的可靠性；（3）如何防止冲锤二次冲击。测试时希望冲锤每次下落对PDC只发生一次冲击，但是由于材料基本都具有一定的弹性，冲锤在冲击PDC后会反弹“跳起”再落下冲击PDC，造成二次冲击；（4）如何实现测试过程的自动化。测试过程的自动化包括重复冲击自动化、记录冲击次数自动化。PDC的质量目前已得到了大幅度的提高，测试一个试样可能需要冲击上百次才能破坏样品，如果靠人工控制冲锤冲击和记录冲击次数会十分繁琐，测试效率低下，增加了操作人员的工作强度。

技术实现要素：

本发明提供一种PDC抗冲击韧性自动检测设备，目的在于解决现有PDC抗冲击韧性检测设备中存在的上述技术难点。

本发明采用如下技术方案：

一种PDC抗冲击韧性自动检测设备，包括机架（100）、提升装置（1）和冲击装置（3），其中机架（100）设有一可水平旋转的冲板（28），冲击装置（3）包括能量基板（25），该能量基板（25）可竖直升降地设置于冲板（28）的正上方，并配设有将其抬升的提升装置（1），能量基板（25）的下端面设有用于固定PDC（41）的固定件（301）；还包括结构相同的左限位装置（2）和右限位装置（4），左限位装置（2）和右限位装置（4）分别位于能量基板（25）的左侧和右侧，其中左限位装置（2）包括二维滑动机构（201）和用于支撑能量基板（25）的左限位板（51），左限位板（51）通过二维滑动机构（201）可竖直升降和左右移动地设置于机架（100）。

进一步，上述提升装置（1）包括固定板（17）、钢丝绳（13）、第一丝杆基座（20）和依次传动连接的第一伺服电机（22）、第一联轴器（21）、第一丝杆（19）及第一丝杆滑块（18），其中第一丝杆（19）安装于第一丝杆基座（20）上，第一丝杆基座（20）通过固定板（17）竖直设置于机架（100）上，所述钢丝绳（13）的一端与第一丝杆滑块（18）连接，另一端绕过至少一带凹槽滚轮后与能量基板（25）相连接。

进一步，上述提升装置（1）还包括衔接板（16）、吊环固定块（15）和用于连接钢丝绳（13）的第一吊环（14），其中第一吊环（14）设置于吊环固定块（15），吊环固定块（15）通过衔接板（16）安装于第一丝杆滑块（18）。

进一步，上述冲击装置还包括竖直设置于机架（100）且相互平行的第一镀铬棒（23）和第二镀铬棒（38），能量基板（25）设有第一法兰盘（24）和第二法兰盘（36），第一镀铬棒（23）和第二镀铬棒（38）分别可滑动地装设于第一法兰盘（24）和第二法兰盘（36）中，能量基板（25）的上端面中间设有用于连接钢丝绳（13）的第二吊环（37）；所述固定件（301）由PDC夹具（39）和螺栓（40）组成，PDC夹具（39）固定在能量基板（25）的下端面。

进一步，还包括冲板旋转驱动机构（280），该冲板旋转驱动机构（280）包括同步带轮基体（29）、同步从动带轮（30）、同步带（31）、和设有同步主动带轮（33）的步进电机（35），步进电机（35）固设于机架（100），同步带轮基体（29）可旋转地设置于机架（100），同步带轮基体（29）的外部套设有与其联动的同步从动带轮（30），同步从动带轮（30）通过同步带（31）与同步主动带轮（33）相联动，同步带轮基体（29）的上端面设有所述冲板（28）。

进一步，同步带轮基体（29）的上端面设有第一同步带轮基体柱（26）和第二同步带轮基体柱（27），冲板（28）放置于同步带轮基体（29）上并穿过第一同步带轮基体柱（26）和第二同步带轮基体柱（27）。

进一步，上述二维滑动机构（201）包括第一固定基座（43）、第二丝杆基座（54）、第一固定基板（47）、第一支撑座（57）和依次传动连接的第二伺服电机（42）、第二联轴器（60）、第二丝杆（59）、第二丝杆滑块（45），其中第二丝杆（59）安装于第二丝杆基座（54），第二丝杆基座（54）通过第一固定基座（43）竖直设置于机架（100），第一固定基板（47）通过第一支撑座（57）设置于第二丝杆滑块（45），第一固定基板（47）上可左右滑动的装设有所述左限位板（51）并配设有使左限位板（51）动作的气缸53。

由上述对本发明结构的描述可知，本发明具有如下优点：

其一、本发明使用时，将PDC放入PDC夹具中，在提升装置的带动下，PDC可以竖直向上运动到一定的高度之后自由落体下落冲击冲板，然后被钢丝绳提起到之前自由落体的高度，完成一次冲击实验。在PDC再次自由落体冲击冲板前，冲板可以在人工和机械驱动的作用下转动一个角度，所以PDC每次冲击冲板时与冲板表面的接触点都不会与已冲击过的点重合，这样可以保证PDC与冲板每次都是点对点接触，防止冲板表面被冲击后形成凹坑再重复冲击产生面对面接触的情况。另外，当PDC冲击冲板反弹“跳起”后，钢丝绳会在PDC二次冲击冲板前将其拉起，故可以防止PDC对冲板的二次冲击。

其二、本发明中，左限位装置和右限位装置分别在冲击装置的左边和右边，可以根据所需单次冲击能量的大小,在二维滑动机构的带动下左限位板和右限位板可以精确的竖直上下运动到对应高度,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决定了PDC的下落高度，即决定了单次冲击能量大小。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中提升装置的结构示意图。

图3是本发明中冲击装置的结构示意图。

图4是本发明中冲击装置的主视图。

图5是本发明中左限位装置的结构示意图。

图6是本发明中左限位装置的主视图。

图7是本发明中右限位装置的结构示意图。

图8是本发明中右限位装置的主视图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，一种PDC抗冲击韧性自动检测设备，包括机架（100）、提升装置（1）、冲击装置（3）、左限位装置（2）和右限位装置（4）。机架（100）包括顶板（101）和底板（102），顶板（101）和底板（102）通过四个支撑棒（103）上下重叠的连接在一起。

如图1、图3和图4所示，机架（100）在底板（102）上设有一可水平旋转的冲板（28）。作为优选方案：本发明还包括使冲板（28）转动的冲板旋转驱动机构（280）。冲板旋转驱动机构（280）包括同步带轮基体（29）、同步从动带轮（30）、同步带（31）、和设有同步主动带轮（33）的步进电机（35）。步进电机（35）通过步进电机固定座（34）固设于机架（100）的底板（102）上，同步带轮基体（29）通过冲板基座（32）可旋转地设置于机架（100）的底板（102）上，并且同步带轮基体（29）的外部套设有与其联动的同步从动带轮（30）。同步从动带轮（30）通过同步带（31）与同步主动带轮（33）相联动。同步带轮基体（29）的上端面设有一可水平旋转的冲板（28）。其中冲板为Cr12MoV材料。

如图1、图3和图4所示，同步带轮基体（29）冲板（28）的具体连接方式为：同步带轮基体（29）的上端面设有第一同步带轮基体柱（26）和第二同步带轮基体柱（27），冲板（28）放置于同步带轮基体（29）上并穿过第一同步带轮基体柱（26）和第二同步带轮基体柱（27）。

如图1、图3和图4所示，冲击装置（3）包括能量基板（25），该能量基板（25）可竖直升降地设置于冲板（28）的正上方，并配设有将其抬升的提升装置（1），能量基板（25）的下端面设有用于固定PDC（41）的固定件（301）。具体地，冲击装置（3）还包括竖直设置于机架（100）且相互平行的第一镀铬棒（23）和第二镀铬棒（38），能量基板（25）设有第一法兰盘（24）和第二法兰盘（36），第一镀铬棒（23）和第二镀铬棒（38）分别可滑动地装设于第一法兰盘（24）和第二法兰盘（36）中，能量基板（25）的上端面中间设有用于连接钢丝绳（13）的第二吊环（37）；固定件（301）由PDC夹具（39）和螺栓（40）组成，PDC夹具（39）固定在能量基板（25）的下端面。

如图1、图2和图3所示，提升装置（1）包括固定板（17）、钢丝绳（13）和依次传动连接的第一伺服电机（22）、第一联轴器（21）、第一丝杆（19）及第一丝杆滑块（18），第一丝杆（19）安装于第一丝杆基座（20）上，第一丝杆基座（20）通过固定板（17）竖直设置于机架（100）的底板（102）上，并位于冲击装置（3）的后方，第一伺服电机（22）安装于第一丝杆基座（20）的上端。钢丝绳（13）的一端与第一丝杆滑块（18）连接，另一端绕过至少一带凹槽滚轮后与能量基板（25）的第二吊环（37）相连接。

如图1、图2和图3所示，作为优选方案：提升装置（1）还包括衔接板（16）、吊环固定块（15）和用于连接钢丝绳（13）的第一吊环（14），其中第一吊环（14）设置于吊环固定块（15），吊环固定块（15）通过衔接板（16）安装于第一丝杆滑块（18）。机架（100）的顶板（101）通过第一轴承座（6）、第二轴承座（8）和第三轴承座（10）分别装设有第一带凹槽滚轮（7）、第二带凹槽滚轮（9）和第三带凹槽滚轮（11），其中第一带凹槽滚轮（7）、和第三带凹槽滚轮（11）的外部还对应设有第一导向座（5）和第二导向座（12），连接钢丝绳（13）依次穿过第一导向座（5）、第一带凹槽滚轮（7）上方、第二带凹槽滚轮（9）下方、第三带凹槽滚轮（11）上方和第二导向座（12），并且连接钢丝绳（13）的一端垂直向下延伸并与第一吊环（14）相连接，另一端垂直向下延伸并与第二吊环（37）相连接。

如图1、图3、图5和图6所示，左限位装置（2）和右限位装置（4）的结构相同，并且左限位装置（2）和右限位装置（4）分别位于能量基板（25）的左侧和右侧，其中左限位装置（2）包括二维滑动机构（201）和用于支撑能量基板（25）的左限位板（51），左限位板（51）通过二维滑动机构（201）可竖直升降和左右移动地设置于机架（100）。

如图1、图3、图5和图6所示，二维滑动机构（201）包括第一固定基座（43）、第二丝杆基座（54）、第一固定基板（47）、第一支撑座（57）和依次传动连接的第二伺服电机（42）、第二联轴器（60）、第二丝杆（59）、第二丝杆滑块（45），其中第二丝杆（59）安装于第二丝杆基座（54），第二丝杆基座（54）通过第一固定基座（43）竖直设置于机架（100）的底板（102）上。第一固定基板（47）通过第一支撑座（57）设置于第二丝杆滑块（45）。第一固定基板（47）上可左右滑动的装设有所述左限位板（51）并配设有使左限位板（51）动作的气缸53。

如图1、图3、图5和图6所示，具体的，第二伺服电机（42）固定在第二丝杆基座（54）一端上，通过第二联轴器（60）带动第二丝杆（59）转动，从而带动第二丝杆滑块（45）沿着第二丝杆（59）轴向上下滑动，第一支撑座（57）固定在第二丝杆滑块（45）上，第一固定基板（47）固定在第一支撑座（57）上，第一固定基板（47）上固定的有第一轨道固定板（46）、第二轨道固定板（50）、第一气缸固定座（52）、第一圆柱导轨（48）和第二圆柱导轨（49），第一圆柱导轨（48）和第二圆柱导轨（49）的两端分别固定在轨道固定板1（46）和轨道固定板2（50）上，第一滑块（58）可以在圆柱导轨1（48）和圆柱导轨2（49）上滑动。左限位板（51）固定在第一滑块（58）上，在第一气缸（53）的推动下可以左右移动。第一气缸（53）固定在第一气缸固定座（52）上，第二丝杆基座（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）安装在机架（100）的底板（102）上，第一坦克链固定槽（55）固定在第一固定基座（43）侧面，第一坦克链（56）安装在第一坦克链固定槽（55）中，用来放置电缆和气管。

如图1、图3、图7和图8所示，右限位装置（4）中，第三伺服电机（61）固定在第三丝杆基座（73）一端上，通过第三联轴器（79）带动第三丝杆（74）转动，从而带动第三丝杆滑块（64）沿着第三丝杆（74）轴向上下滑动，第二支撑座（76）固定在第三丝杆滑块（64）上，第二固定基板（67）固定在第二支撑座（76）上，第二固定基板（67）上固定的有第三轨道固定板（65）、第四轨道固定板（70）、第二气缸固定座（72）、第三圆柱导轨（68）和第四圆柱导轨（69）。第三圆柱导轨（68）和第四圆柱导轨（69）的两端分别固定在第三轨道固定板（65）和第四轨道固定板（70）上，第二滑块（75）可以在第三圆柱导轨（68）和第四圆柱导轨（69）上滑动。右限位板（66）固定在第二滑块（75）上，在第二气缸（71）的推动下可以左右移动。第二气缸（71）固定在第二气缸固定座（72）上，第三丝杆基座（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）安装在机架（100）的底板（102）上。第二坦克链固定槽（78）固定在第二固定基座（62）侧面，第二坦克链（77）安装在第二坦克链固定槽（78）中，用来放置电缆和气管。

如图1至图8所示，本发明的使用方法：第一步，首先将PDC（41）放在PDC夹具（39）中通过螺栓（40）锁紧；第二步，在第一伺服电机（22）的驱动下，钢丝绳（13）牵引能量基板（25）上升到左限位板（51）和右限位板（66）的上方后停止运动；第三步，左限位板（51）和右限位板（66）分别在第一气缸（53）和第二气缸（71）的推动下移动到能量基板（25）的左下方和右下方；第四步，钢丝绳（13）在第一伺服电机（22）的驱动下“放松”一段长度，能量基板（25）此时被左限位板（51）和右限位板（66）支撑在空中；第五步，左限位板（51）和右限位板（66）分别在第一气缸（53）和第二气缸（71）的带动下回到初始位置，能量基板（25）因无支撑而自由落体下落冲击冲板（28）；第六步，当PDC（41）冲击冲板（28）反弹“跳起”后，在第一伺服电机（22）的驱动下，钢丝绳（13）会在PDC（41）二次冲击冲板（28）前将其拉起回到自由落体时的高度；第七步，在PDC（41）再次自由落体冲击冲板（28）前，冲板（28）在步进电机（35）的驱动下转动一个角度，至此完成一次冲击试验。其中第一伺服电机（22）、第二伺服电机（42）、第三伺服电机（61）和步进电机（35）均由配套的控制装置和控制系统控制。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。