MRF-1型岩石试件加工机的研制

　　1992年,我校岩石断裂科研组完成了国家自然科学基金项目“岩石断裂韧度与复合断裂研究”,同年又继续申请了“岩石静、动态断裂韧度与压剪复合断裂研究”。在上述基础上,我们科研组代表中国小组承担了国际岩石力学协会(ISRM)组织的“关于岩石断裂韧度测试方法的国际(中国、瑞典、日本、美国、英国、西德)联合试验研究”,成功地研制出一台MR-I型多功能岩石断裂试件裂纹开口加工机。经国际联机检索表明,该设备在脆性材料裂纹开口与制备方面均属首创,已用以制备了来自美国、瑞典和日本提供的三批岩芯,为完成ISRM组织的岩石断裂韧度国际联合试验起到很大的作用。常规的岩石试件加工,包括岩芯钻取和直线切割与磨削,一般的切割机锯片是固定或只作水平切割运动,无法进行脆性材料断裂试件的裂纹加工及其它特形试件加工。但我们研制的这台加工机可方便地进行V型切口岩石断裂试件及其它各种特形试件的加工,其优点在于集常规试件的切割和磨削加工与裂纹开口于一体。

1　加工机结构及其特点

MRF-1型试件加工机的结构如图1所示。它是由电机、刀架微调机构、工作台、X-Y方向移动机构、垂直升降机构、转动角度机构等组成。在设计中,我们对各类机构之间的相互位置和尺寸配置进行了优化,通过巧妙的空间组合与布置设计,使得具有五个自由度运动机构的工作台结构紧凑,操作灵活;加之工作台与刀架具有双重可调功能,就大大增加了试件加工的可调性与走刀的灵活性,从而使得垂直切割与端面磨及变换角度的切割与平面磨都可在这台加工机上完成。

本加工机还选用了新型的金刚砂镀膜锯片,锯片基体薄而刚度大,可使切割力引起的振动小,因而加工精度高、进刀速度快,一次切割面的光洁度就达到了粗磨水平,而且切缝宽度小于1mm,完全满足了国际岩石断裂韧度标准试件加工建议方法加工尺寸的要求(见表1)。

2　加工机的技术性能指标

　　MRF-I型加工机的主要功能与技术指标如下:

(1)具有可沿三轴方向自由移动的工作台(X∶Y∶Z=350∶250∶180mm);

(2)工作台面具有俯仰角(±45°)及平面内转角(±180°)的调整机构;

(3)具有灵活的走刀机构与可调的刀架机构。刀架切割水平行程为±200mm,垂直行程为±30mm,刀架垂直面转角±90°;

(4)小型轻便化。特别适用于小型试件加工与特形试件的切割和开槽,最大加工试件截面尺寸小于120mm×120mm;

(5)裂纹切口宽度在0.5~1mm之间,可满足各种宽度尺寸开槽的要求;

(6)可进行平面的磨削与抛光加工,端面磨:120mm×120mm,平面磨200mm×300mm。

3　试件制备技术