[发明专利]一种金刚石复合片抗冲击试验装置

说明书

技术领域

本发明属于超硬材料抗冲击能力测定设备技术领域，特别涉及一种测定石油和天然气钻探用金刚石复合片抗冲击韧性的金刚石复合片抗冲击试验装置。

背景技术

目前，金刚石复合片（PDC）以其优良的耐磨性能，在旋转钻头中已得到了广泛的应用，但其冲击韧性较差。近年来，人们致力于改善金刚石复合片的抗冲击特性，以谋求应用于含冲击的破岩工具(如镐齿)中。但是，由于金刚石复合片抗冲击能力的检测手段十分落后，导致金刚石复合片在井下工作的实际状态与抗冲击韧性试验时的状态相差较大，严重束缚着对金刚石复合片冲击性能的研究。

发明内容

本发明提供了一种结构简单、操作简便、自动化程度高和精度高的金刚石复合片抗冲击试验装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种金刚石复合片抗冲击试验装置，包括导柱和固定在导柱两端的顶板与底板，顶板上设有气缸，底板上设有夹具；气缸的活塞杆前端设有气动卡盘，气动卡盘内装配有落锤，落锤与夹具相对应，落锤前端设有冲球。

所述导柱上设有与其滑动配合的动板，动板上部设有连接支架，连接支架与气缸的活塞杆相连；在连接支架内设有步进电机，步进电机通过输出轴与气动卡盘相连，气动卡盘通过轴承安装在动板下部。

所述导柱上设有与落锤相对应的导向板。

所述顶板上设有感应行程开关。

所述底板上设有力传感器和位移传感器。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明包括导柱和固定在导柱两端的顶板与底板，顶板上设有气缸，底板上设有夹具；气缸的活塞杆前端设有气动卡盘，气动卡盘内装配有落锤，落锤与夹具相对应，落锤前端设有冲球，其结构简单，操作简便，利用冲击钻进波动理论，模拟金刚石复合片在井下工作时的实际受力状态，使冲球逐次冲砸金刚石复合片的边缘部分，以试样表面出现可见裂纹或产生破碎时，得到冲击功值作为衡量其抗冲击能力的定量指标，自动化程度高，测定精度高。

2、在导柱上设有与落锤相对应的导向板，导向板对下落时的落锤起导向作用，可保证落锤的下落精度，提高金刚石复合片抗冲击能力的测定精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的金刚石复合片抗冲击试验装置，其包括导柱2和固定在导柱2上下两端的顶板3与底板1，在顶板3的上部中心位置设有气缸9，底板1上设有夹具8。在导柱2上设有与其滑动配合的动板4，动板4上部设有连接支架10，连接支架10与气缸9的活塞杆相连。在连接支架10内设有步进电机11，步进电机11通过输出轴与动板4下部的气动卡盘5相连，气动卡盘5通过轴承12安装在动板4下部。在气动卡盘5内装配有落锤6，落锤6与夹具8相对应，在落锤6前端设有冲球7，冲球7为硬质合金冲球。

为了保证落锤6的下落精度，在导柱2上设有与落锤6相对应的导向板14，导向板14对下落时的落锤6起导向作用。

在顶板3一侧设有感应行程开关13，底板1上设有力传感器16和位移传感器17。

在本实施方式中，由气动控制线路、控制电路、放大器和伺服驱动构成控制系统，通过触摸人机界面设定及PLC自动控制来实现金刚石复合片的冲击试验。

本发明的工作原理为：利用冲击钻进波动理论，模拟金刚石复合片（下称PDC）在井下工作时的实际受力状态，使冲球7逐次冲砸PDC的边缘部分，以试样表面出现可见裂纹或产生破碎时，得到冲击功值作为衡量其抗冲击能力的定量指标。同时，高灵敏度的力传感器16和位移传感器17可详细记录冲击过程、冲球7和金刚石层接触瞬间力与功随时间变化过程，以反映冲击时微观受力状况和被破坏的时点，对研究PDC冲击性能提供重要参考信息。根据所测PDC的大小不同，可设置不同的冲击能量。

本发明的使用过程为：气缸9带动动板4与气动卡盘5下行→气动卡盘5夹紧落锤6→气缸9带动动板4上行一定高度停止→步进电机11带动气动卡盘5及落锤6旋转12°→气动卡盘5松开落锤6，落锤6自由下落→落锤6的冲球7冲砸试样15的边缘部分（即金刚石复合片的聚晶层与竖直呈15°部分），循环上述动作。冲球7冲砸试样15的边缘部分为钻体上受力最大的部位，可确保测试与实际受力状态一致。