一種試樣表面晶粒具有擇優(yōu)取向的滑動磨損試驗(yàn)裝置及計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)械加工領(lǐng)域，具體涉及一種試樣表面晶粒具有擇優(yōu)取向的滑動磨損 試驗(yàn)裝置及計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)最常用的磨損方式為旋轉(zhuǎn)盤式，即上部試樣銷子壓在下部對磨盤 上進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，例如MPX - 2000型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，旋轉(zhuǎn)盤式磨損方式下，銷試樣偏 心安裝在上部轉(zhuǎn)動軸上，在電機(jī)驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)盤作勻速圓周運(yùn)動，銷試樣與對偶盤之間的正 壓力依靠標(biāo)定質(zhì)量的砝碼下壓或上頂來實(shí)現(xiàn)，在這樣的試驗(yàn)過程中會產(chǎn)生大量的熱量無法 散熱，從而會影響測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在申請?zhí)?01220434895. 6的實(shí)用新型專利中，雖然 設(shè)計(jì)發(fā)明了一種旋轉(zhuǎn)盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的冷卻式卡具，通過冷卻液的方式對試驗(yàn)旋轉(zhuǎn)盤 進(jìn)行散熱，但是其不能根據(jù)旋轉(zhuǎn)盤試驗(yàn)溫度調(diào)節(jié)其內(nèi)部的冷卻液流量，同時(shí)，該方案是通過 卡具在旋轉(zhuǎn)盤側(cè)壁進(jìn)行降溫，不能達(dá)到最優(yōu)效果。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，對于旋轉(zhuǎn)盤式的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)多采用砝碼式的載荷，對試驗(yàn)品進(jìn) 行單一測試，對于測試過程中所產(chǎn)生的不能有很好的比對效果，從而不能排除在試驗(yàn)過程 中的外界干擾因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明設(shè)計(jì)開發(fā)了一種試樣表面晶粒具有擇優(yōu)取向的滑動磨損試驗(yàn)裝置，其目的 之一是解決現(xiàn)有技術(shù)中測試只能單一進(jìn)行，不能同步將試驗(yàn)品及標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行比對試驗(yàn)，以 排除外界干擾因素的問題。
[0005] 本發(fā)明裝置的目的之二是解決現(xiàn)有技術(shù)中，摩擦試驗(yàn)進(jìn)行的過程中旋轉(zhuǎn)盤熱量散 熱不及時(shí)，并且散熱過程中不可控的問題。
[0006] 本發(fā)明還提供了一種試樣表面晶粒具有擇優(yōu)取向的滑動磨損試驗(yàn)計(jì)算方法，其目 的是解決由于測試過程中外界環(huán)境干擾使測試計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。
[0007] 本發(fā)明具有試驗(yàn)品安裝拆卸方便，試驗(yàn)操作靈活可控，可選擇性的進(jìn)行單一試驗(yàn) 或同步對比試驗(yàn)，同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算過程排除外界因素干擾，冷卻液流動量可靈活調(diào)節(jié)等 特點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0009] -種試樣表面晶粒具有擇優(yōu)取向的滑動磨損試驗(yàn)裝置，包括：
[0010] 旋轉(zhuǎn)盤；
[0011] 標(biāo)準(zhǔn)品銷試樣，其與標(biāo)準(zhǔn)品液壓缸相連；所述標(biāo)準(zhǔn)品液壓缸能夠選擇性的驅(qū)動所 述標(biāo)準(zhǔn)品銷試樣接觸所述旋轉(zhuǎn)盤表面；以及
[0012] 試驗(yàn)品銷試樣，其與試驗(yàn)品液壓缸相連；所述試驗(yàn)品液壓缸能夠選擇性的驅(qū)動所 述試驗(yàn)品銷試樣接觸所述旋轉(zhuǎn)盤表面；
[0013] 電機(jī)，用于驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)；
[0014] 其中，所述試驗(yàn)品液壓缸和所述標(biāo)準(zhǔn)品液壓缸內(nèi)活塞承壓面積相等，所述試驗(yàn)品 液壓缸和所述標(biāo)準(zhǔn)品液壓缸連通，并且由同一油栗驅(qū)動。
[0015] 優(yōu)選的是，冷卻夾板，其具有凹槽，所述旋轉(zhuǎn)盤設(shè)置在凹槽內(nèi)；所述冷卻夾板的板 壁為空腔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部填充冷卻液；以及
[0016] 溫度傳感器，其安裝在所述旋轉(zhuǎn)盤中心處，能夠監(jiān)測旋轉(zhuǎn)盤溫度；
[0017] 所述冷卻夾板的板壁還包括進(jìn)液口及出液口，所述進(jìn)液口處安裝流量閥，所述流 量閥及所述溫度傳感器還分別與流量控制器相連，所述流量控制器通過監(jiān)測所述旋轉(zhuǎn)盤溫 度調(diào)節(jié)所述流量閥控制冷卻液流量。
[0018] 優(yōu)選的是，還包括：油壓控制器，其分別與油壓檢測器及油栗相連，所述油壓控制 器控制所述油栗調(diào)節(jié)進(jìn)油量，進(jìn)而控制所述試驗(yàn)裝置試驗(yàn)載荷。
[0019] 優(yōu)選的是，所述試驗(yàn)品為柱狀晶銅，其通過熱乳連鑄方法制備，直徑為5mm~ 10mm〇
[0020] 優(yōu)選的是，所述柱狀晶銅的軸向面和徑向面作為試驗(yàn)的摩擦表面，其晶粒取向相 應(yīng)的平行和垂直于接觸界面。
[0021] 優(yōu)選的是，所述標(biāo)準(zhǔn)品液壓缸進(jìn)油孔處還設(shè)置有截止閥。
[0022] -種試樣表面晶粒具有擇優(yōu)取向的滑動磨損試驗(yàn)計(jì)算方法，包括如下步驟：
[0023] 步驟一：將試驗(yàn)品及標(biāo)準(zhǔn)品通過金屬粘結(jié)劑分別與銅圓柱相粘結(jié)組成試驗(yàn)品銷試 樣及標(biāo)準(zhǔn)品銷試樣，分別稱量所述試驗(yàn)品銷試樣質(zhì)量及所述標(biāo)準(zhǔn)品銷試樣質(zhì)量；
[0024] 步驟二：將所述試驗(yàn)品銷試樣及所述標(biāo)準(zhǔn)品銷試樣分別與活塞下端相配合連接；
[0025] 步驟三：開啟油栗，控制液壓缸壓力，待壓力平穩(wěn)后使旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)；驅(qū)動冷卻液對 旋轉(zhuǎn)盤進(jìn)行冷卻；
[0026] 步驟四：稱量所述試驗(yàn)品銷試樣及所述標(biāo)準(zhǔn)品銷試樣質(zhì)量，分別 計(jì)算磨損率，分別得到所述試驗(yàn)品銷試樣絕對磨損率A 1及所述標(biāo)準(zhǔn)品銷試 樣絕對磨損率A2，再通過所述標(biāo)準(zhǔn)品銷試樣絕對磨損率^及經(jīng)驗(yàn)校正公式
計(jì)算得到所述試 驗(yàn)品銷試樣相對磨損率A';其中，S為銷試樣與旋轉(zhuǎn)盤相對滑動距離，F(xiàn)為載荷，f為試驗(yàn) 品摩擦系數(shù)，η為電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，T。為旋轉(zhuǎn)盤平均溫度，t為測試時(shí)間。
[0027] 優(yōu)選的是，所述步驟一中，所述試驗(yàn)品銷試樣及所述標(biāo)準(zhǔn)品銷試樣稱量前在無水 乙醇溶液中超聲處理，干燥后再稱量。
[0028] 優(yōu)選的是，所述步驟四中，通過公式
計(jì)算所述試驗(yàn)品銷試樣絕對 磨損率A1及所述標(biāo)準(zhǔn)品銷試樣絕對磨損率A2，其中，AW為銷試樣試驗(yàn)前后質(zhì)量差值，P為 試驗(yàn)品的密度，S為銷試樣與旋轉(zhuǎn)盤相對滑動距離，F(xiàn)為載荷。
[0029] 優(yōu)選的是，冷卻液流量根據(jù)公式Q = 0. 1312ea°°1T進(jìn)行調(diào)節(jié)；其中，e為自然對數(shù)的 底數(shù)，T為旋轉(zhuǎn)盤溫度。
[0030] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較所具有的有益效果：
[0031] 1、本發(fā)明能夠單獨(dú)對試驗(yàn)品進(jìn)行測試，或者同時(shí)將試驗(yàn)品及標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行同步測 試，根據(jù)銷試樣相對滑動距離、對銷試樣施加載荷、試驗(yàn)品摩擦系數(shù)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、旋轉(zhuǎn)盤平 均溫度及測試時(shí)間對試驗(yàn)品的磨損率進(jìn)行校正，能夠得到相對標(biāo)準(zhǔn)品的相對磨損率進(jìn)而去 除干擾因素對測試結(jié)果的影響；同時(shí)，在選取標(biāo)準(zhǔn)品時(shí)更具有靈活性，能夠根據(jù)需求進(jìn)行對 比試驗(yàn)；
[0032] 2、本發(fā)明還能夠通過與確定的標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行比對，制定合適的相對磨損率范圍，篩 選出符合規(guī)格的試驗(yàn)品；
[0033] 3、通過循環(huán)冷卻裝置的設(shè)置，通過控制冷卻裝置中的冷卻液流量使旋轉(zhuǎn)盤在試驗(yàn) 過程中能夠及時(shí)散熱，使其試驗(yàn)溫度穩(wěn)定，提高測試的準(zhǔn)確性；
[0034] 4、由于在接觸應(yīng)力及剪切應(yīng)力的作用下，金屬及其合金在干滑動磨損時(shí)，接觸表 面發(fā)生不同程度的塑性變形，同時(shí)這種強(qiáng)烈的塑性變形可以使摩擦表面形成一定取向的結(jié) 構(gòu)，這種表面取向結(jié)構(gòu)對材料的摩擦磨損性能會產(chǎn)生很大的影響，研究人員一般以單晶材 料為研究對象來確定晶粒取向，材料要求高，晶面、晶向指數(shù)確定復(fù)雜，不易于操作，所以本 發(fā)明選取了柱狀晶銅的軸向面和徑向面作為摩擦接觸面來研究晶粒取向?qū)︺~摩擦層及摩 擦磨損性能的影響；同時(shí)，在選取未知不同晶面及晶向指數(shù)的材料時(shí)，可以在排除其他干擾 因素的情況下與已知確定的晶面及晶向指數(shù)的材料進(jìn)行同步試驗(yàn)進(jìn)行比對分析，通過相對 磨損率的計(jì)算，能夠得到更具可靠性及可分析性數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖2為旋轉(zhuǎn)盤式試驗(yàn)機(jī)工作原理圖。
[0037] 圖3為晶粒水平取向的銷試樣的制備。
[0038] 圖4為晶粒垂直取向的銷試樣的制備。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文 字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0040] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種試樣表面晶粒具有擇優(yōu)取向的滑動磨損試驗(yàn)裝 置，包括：旋轉(zhuǎn)盤130、試驗(yàn)品銷試樣125及標(biāo)準(zhǔn)品銷試樣126,旋轉(zhuǎn)盤130為退火態(tài)的45# 鋼，同時(shí)，由于試驗(yàn)品201及標(biāo)準(zhǔn)品202長度有限，不便于在銷夾具上的固定，因此需要將試 驗(yàn)品201及標(biāo)準(zhǔn)品202 -端面用砂紙磨平后與純銅圓柱通過金屬粘結(jié)劑粘接得到試驗(yàn)品銷 試樣125及標(biāo)準(zhǔn)品銷試樣126 ;電機(jī)110,其能夠通過同步帶111驅(qū)動中空主軸140,從而帶 動旋轉(zhuǎn)盤130旋轉(zhuǎn)，采用這種電機(jī)110通過同步帶111帶動中空主軸140的方式，可以緩和 載荷沖擊而且運(yùn)行平穩(wěn)，無噪聲，并且同步帶111傳動無彈性滑動和打滑，效率高而且能保 持準(zhǔn)確的傳動比，也就是能保持中空主軸140以某一速度穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動，從而保證了中空主 軸140和電機(jī)110之間的熱影響很小，同時(shí)，中空主軸140采用推力球141軸承進(jìn)行固定， 通過此種固定方式，使其能夠更好的承受在中空主軸140旋轉(zhuǎn)時(shí)的軸向力；液壓缸分為試 驗(yàn)品液壓缸121及標(biāo)準(zhǔn)品液壓缸122,設(shè)計(jì)要求試驗(yàn)品液壓缸活塞123及標(biāo)準(zhǔn)品液壓缸活塞 124承壓面積相等，進(jìn)而使其受到的力相等，并且試驗(yàn)品液壓缸121及標(biāo)準(zhǔn)品液壓缸122連 通，由同一油栗152驅(qū)動試驗(yàn)，從而保證了輸油管路的一致性，在進(jìn)行試驗(yàn)的過程中使試驗(yàn) 品銷試樣125及標(biāo)準(zhǔn)品銷試樣126承受相等的載荷，試驗(yàn)品液壓缸活塞123及標(biāo)準(zhǔn)品液壓 缸活塞124下端分別通過銷夾具固定連接試驗(yàn)品銷試樣125及標(biāo)準(zhǔn)品銷試樣126,試驗(yàn)品液 壓缸121能夠選擇性的驅(qū)動試驗(yàn)品銷試樣125接觸旋轉(zhuǎn)盤130表面，標(biāo)準(zhǔn)品液壓缸122能 夠選擇性的驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)品銷試樣126接觸旋轉(zhuǎn)盤130表面，試驗(yàn)品液壓缸121及標(biāo)準(zhǔn)品液壓 缸122的進(jìn)油孔分別通過同一油壓檢測器151與油栗152相連，油壓檢測器151及油栗152 還分別與油壓控制器161相連，油壓控制器161通過油壓檢測器151控制油栗152調(diào)節(jié)進(jìn) 油量，進(jìn)而控制試驗(yàn)裝置中試驗(yàn)品銷試樣125及標(biāo)準(zhǔn)品銷試樣126的試驗(yàn)載荷；在標(biāo)準(zhǔn)品液 壓缸122進(jìn)油孔處還設(shè)置有截止閥180,通過截止閥180的設(shè)置使本發(fā)明裝置不局限于同時(shí) 進(jìn)行對比試驗(yàn)測試，也能夠進(jìn)行單一的試驗(yàn)品的試驗(yàn)測試，使得本裝置在試驗(yàn)選擇上很具 有靈活性；在本裝置中還包括溫度傳感器170,其安裝在旋轉(zhuǎn)盤130中心處，能夠監(jiān)測試驗(yàn) 過程中旋轉(zhuǎn)盤130溫度，并且能夠得到試驗(yàn)過程中旋轉(zhuǎn)盤的平均溫度；
[0041] 在另一種實(shí)施例中，還包括：冷卻夾板131，其具有凹槽，冷卻