CN104359831A - 金属材料热摩擦性能试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属材料热摩擦性能试验台，特别适合于在不同温度、载荷、拉拽速度条件下检测不同金属材料的热摩擦系数。试验时将带状金属材料穿过管式电炉的加热通道孔，以及下压支座竖直面上的方孔，通过夹紧拉拽机构的上、下夹板夹紧带状金属材料的一端。当加热到要求的温度后，下压机构的下压油缸启动，活塞杆伸出，通过上压力块向带状金属材料施加给定的压力。驱动夹紧拉拽机构的伺服电动机，使丝杆旋转，带动带状金属材料随滚珠螺母按一定的速度作直线运动。在试验过程中通过剪切力传感器实时检测下压力，拉拽力传感器实时检测拉拽力，经运算处理，可准确检测得到带状金属材料的热摩擦系数。本发明同样适用于其他材料的热摩擦性能试验。

Description

金属材料热摩擦性能试验台

技术领域

本发明涉及一种金属材料热摩擦性能试验台，特别适合于在不同温度、载荷、拉拽速度条件下检测不同金属材料的热摩擦系数。

背景技术

金属材料的热摩擦系数是各种成型加工中非常关键的影响因素。当前各企业没有实用、合理的能准确检测金属材料热摩擦系数的方法和试验台，只能依靠人为经验以及在成型加工过程中的反复比对、摸索来得到近似的热摩擦系数。对于各种新型的金属合金材料，更是需要较长时间的比对、摸索才能得到材料的热摩擦系数。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种金属材料热摩擦性能试验台，特别适合于在不同温度、载荷、拉拽速度条件下检测不同金属材料的热摩擦系数。试验时将带状金属材料穿过管式电炉的加热通道孔，以及下压支座竖直面上的方孔，通过夹紧拉拽机构的上、下夹板夹紧带状金属材料的一端。当加热到要求的温度后，下压机构的下压油缸启动，活塞杆伸出，通过上压力块向带状金属材料施加给定的压力。驱动夹紧拉拽机构的伺服电动机，使丝杆旋转，带动带状金属材料随滚珠螺母按一定的速度作直线运动。在试验过程中通过剪切力传感器实时检测下压力，拉拽力传感器实时检测拉拽力，经运算处理，可准确检测得到带状金属材料的热摩擦系数。

本发明的金属材料热摩擦系数试验台主要由铝合金框架、管式电炉、下压机构、夹紧拉拽机构、底座组成；管式电炉固定在铝合金框架上，下压机构、夹紧拉拽机构固定在底座上表面，底座固定在铝合金框架上。

下压机构主要由下压支座、下压滑块、下压导轨、下压连接块、油缸安装板、下压油缸、红外温度传感器、温度传感器安装支架、下压球头、弹簧、上压力块、下压力块、下压支撑块、剪切力传感器组成；下压支座、剪切力传感器固定在底座上表面，油缸安装板固定在下压支座上表面，下压油缸安装在油缸安装板上表面，下压球头套装在下压油缸活塞杆上；上压力块固定在下压连接板上，两个下压滑块固定在下压连接板上，并套装在两根下压导轨上，两根弹簧一端连接下压连接板前端面，一端连接在油缸安装板下端面；下压力块固定在下压支撑块上，下压支撑块安放在剪切力传感器的上表面；两个下压滑块固定在下压支撑块上并套装在两根下压导轨上，两根下压导轨固定在下压支座的前端面；温度传感器安装架固定在油缸安装板前端面，红外温度传感器安装在温度传感器安装架上。

夹紧拉拽机构主要由伺服电动机、减速器、支撑框、联轴器、轴承座、双列角接触轴承、轴承盖、连接套、滚珠螺母、丝杆、直线运动滑板、连接杆、关节轴承、拉杆销、拉拽滑块、拉拽力传感器、导向滑板、下夹块、上夹块、拉拽导轨组成；伺服电动机转轴套入减速器的轴孔中，减速器固定在支撑框的后端面，支撑框固定在底座的后端面；丝杆后端部套入双列角接触轴承中，双列角接触轴承装入轴承座和轴承盖中，轴承座套入并固定在支撑框前端面的安装孔中，联轴器两端轴孔分别连接丝杆后端部和减速器转轴；丝杠套装在滚珠螺母中，滚珠螺母套入连接套中，直线运动滑块固定在连接套上，两个拉拽滑块固定在直线运动滑块下表面并套装在两根拉拽导轨上；上夹板安装在下夹板上，下夹板固定在导向滑板上表面，两个拉拽滑块固定在导向滑板下表面并套装在两根拉拽导轨上，两根拉拽导轨固定在底座的上表面；两套连接杆分别一端连接拉拽力传感器前、后螺纹孔，另一端连接两套关节轴承的螺纹孔，两套拉杆销分别套入两套关节轴承的销孔中，后部的拉杆销套入直线运动滑板的销孔中并用螺母锁紧，前部的拉杆销套入导向滑板的销孔中并用螺母锁紧。

试验时将带状金属材料穿过管式电炉的加热通道孔，以及下压支座竖直面上的方孔，将带状金属材料的一端放置在上夹块和下夹块之间，拧紧螺栓使上夹块和下夹块夹紧带状金属材料；当带状金属材料加热到要求的温度后，即可开始试验，在试验中红外温度传感器用于实时检测带状金属材料的温度；首先调整好油压，启动下压油缸，下压油缸活塞杆伸出，在下压滑块和下压导轨的导向作用下带动下压球头、下压连接板、上压力块下行，并拉伸弹簧，在上压力块和下压力块之间给带状金属材料施加下压力，下压力由剪切力传感器实时检测；然后按给定的速度启动伺服电动机，经减速器、联轴器驱动丝杆旋转，使滚珠螺母作直线运动，在拉拽滑块和拉拽导轨的导向作用下经连接套、直线运动滑板、拉杆销、关节轴承、连接杆、带动拉拽力传感器作拉拽直线运动，同时通过拉拽力传感器经连接杆、关节轴承、拉杆销，带动下夹板、上夹板、导向滑板在拉拽滑块和拉拽导轨的导向作用下作直线运动，从而拉拽带状金属材料；拉拽运动中的拉拽力由拉拽力传感器实时检测。

试验过程中通过剪切力传感器实时检测下压力，拉拽力传感器实时检测拉拽力，用拉拽力除以下压力，再乘以二分之一，即得到带状金属材料的热摩擦系数；对整个拉拽过程中计算得出的热摩擦系数求平均，可得到更准确的金属材料的平均热摩擦系数。

试验完成后，下压油缸活塞杆退回，在下压滑块和下压导轨的导向作用下带动下压球头上行，弹簧回缩，带动下压连接板、上压力块上行，上压力块松开带状金属材料。

本专利提供了一种金属材料热摩擦性能试验台，具有结构简单、使用方便、工作稳定、试验结果准确等特点，能在不同温度、载荷、拉拽速度条件下检测不同金属材料的热摩擦系数，为企业进行金属材料热摩擦性能试验提供了有力的支持，具有很好的应用价值。本发明同样适用于其他材料的热摩擦性能试验。

附图说明

图1是本发明的金属热摩擦性能试验台整体三维效果图

图2是本发明的金属热摩擦性能试验台主体部分三维效果图

图3是本发明的金属材料热摩擦性能试验台下压机构下压动作未执行前的三维效果图

图4是本发明的金属材料热摩擦性能试验台下压机构下压动作执行后的三维效果图

图5是本发明的金属材料热摩擦性能试验台夹紧拉拽机构的驱动旋转部分的三维剖视效果图

图6是本发明的金属材料热摩擦性能试验台夹紧拉拽机构的直线运动及夹紧拉拽部分的三维剖视效果图

图中：1—管式电炉，2—带状金属材料，3—铝合金框架，4—底座，5—下压支座，6（9）—下压滑块，7—下压导轨，8—下压连接块，10—油缸安装板，11—下压油缸，12—红外温度传感器，13—温度传感器安装支架，14—下压球头，15—弹簧，16—上压力块，17—下压力块，18—下压支撑块，19—剪切力传感器，20—伺服电动机，21—减速器，22—支撑框，23—联轴器，24—轴承座，25—双列角接触轴承，26—轴承盖，27—连接套，28—滚珠螺母，29—丝杆，30—直线运动滑板，31（36）—连接杆，32（37）—关节轴承，33（38）—拉杆销，34（42）—拉拽滑块，35—拉拽力传感器，39—导向滑板，40—下夹块，41—上夹块，43—拉拽导轨。

具体实施方式

本发明的金属材料热摩擦系数试验台主要由铝合金框架3、管式电炉1、下压机构、夹紧拉拽机构、底座4组成；管式电炉1固定在铝合金框架3上，下压机构、夹紧拉拽机构固定在底座4上表面，底座4固定在铝合金框架3上。

下压机构主要由下压支座5、下压滑块6（9）、下压导轨7、下压连接块8、油缸安装板10、下压油缸11、红外温度传感器12、温度传感器安装支架13、下压球头14、弹簧15、上压力块16、下压力块17、下压支撑块18、剪切力传感器19组成；下压支座5、剪切力传感器19固定在底座4上表面，油缸安装板10固定在下压支座5上表面，下压油缸11安装在油缸安装板10上表面，下压球头14套装在下压油缸11活塞杆上；上压力块16固定在下压连接板8上，两个下压滑块6（9）固定在下压连接板8上，并套装在两根下压导轨7上，两根弹簧15一端连接下压连接板8前端面，一端连接在油缸安装板10下端面；下压力块17固定在下压支撑块18上，下压支撑块18安放在剪切力传感器19的上表面；两个下压滑块6（9）固定在下压支撑块18上并套装在两根下压导轨7上，两根下压导轨7固定在下压支座5的前端面；温度传感器安装架13固定在油缸安装板10前端面，红外温度传感器12安装在温度传感器安装架13上。

夹紧拉拽机构主要由伺服电动机20、减速器21、支撑框22、联轴器23、轴承座24、双列角接触轴承25、轴承盖26、连接套27、滚珠螺母28、丝杆29、直线运动滑板30、连接杆31（36）、关节轴承32（37）、拉杆销33（38）、拉拽滑块34（42）、拉拽力传感器35、导向滑板39、下夹块40、上夹块41、拉拽导轨43组成；伺服电动机20转轴套入减速器21的轴孔中，减速器21固定在支撑框22的后端面，支撑框22固定在底座4的后端面；丝杆29后端部套入双列角接触轴承25中，双列角接触轴承25装入轴承座24和轴承盖26中，轴承座24套入并固定在支撑框22前端面的安装孔中，联轴器23两端轴孔分别连接丝杆29后端部和减速器21转轴；丝杠29套装在滚珠螺母28中，滚珠螺母28套入连接套27中，直线运动滑块30固定在连接套27上，两个拉拽滑块34固定在直线运动滑块30下表面并套装在两根拉拽导轨43上；上夹板41安装在下夹板40上，下夹板40固定在导向滑板39上表面，两个拉拽滑块42固定在导向滑板39下表面并套装在两根拉拽导轨43上，两根拉拽导轨43固定在底座4的上表面；两套连接杆31（36）分别一端连接拉拽力传感器35前、后螺纹孔，另一端连接两套关节轴承32（37）的螺纹孔，两套拉杆销33（38）分别套入两套关节轴承32（37）的销孔中，后部的拉杆销33套入直线运动滑板30的销孔中并用螺母锁紧，前部的拉杆销38套入导向滑板39的销孔中并用螺母锁紧。

试验时将带状金属材料2穿过管式电炉3的加热通道孔，以及下压支座5竖直面上的方孔，将带状金属材料2的一端放置在上夹块41和下夹块40之间，拧紧螺栓使上夹块41和下夹块40夹紧带状金属材料42；当带状金属材料42加热到要求的温度后，即可开始试验，在试验中红外温度传感器12用于实时检测带状金属材料2的温度；首先调整好油压，启动下压油缸11，下压油缸11活塞杆伸出，在下压滑块6（9）和下压导轨7的导向作用下带动下压球头14、下压连接板8、上压力块16下行，并拉伸弹簧15，在上压力块16和下压力块17之间给带状金属材料2施加下压力，下压力由剪切力传感器19实时检测；然后按给定的速度启动伺服电动机20，经减速器21、联轴器23驱动丝杆29旋转，使滚珠螺母28作直线运动，在拉拽滑块34和拉拽导轨43的导向作用下经连接套27、直线运动滑板30、拉杆销33、关节轴承32、连接杆31、带动拉拽力传感器35作拉拽直线运动，同时通过拉拽力传感器35经连接杆36、关节轴承37、拉杆销38，带动下夹板40、上夹板41、导向滑板39在拉拽滑块42和拉拽导轨43的导向作用下作直线运动，从而拉拽带状金属材料2；拉拽运动中的拉拽力由拉拽力传感器35实时检测。

试验过程中通过剪切力传感器19实时检测下压力，拉拽力传感器35实时检测拉拽力，用拉拽力除以下压力，再乘以二分之一，即得到带状金属材料2的热摩擦系数；对整个拉拽过程中计算得出的热摩擦系数求平均，可得到更准确的带状金属材料2的平均热摩擦系数。

μ=F /（2P）        

μ_平均 =（μ₁+μ₂+……+μ_n）/n

μ— 热摩擦系数

F — 拉拽力

P —下压力

μ_平均 — 平均热摩擦系数

μ₁、μ₂、……μ_n— 检测的第1、2、…… n次的热摩擦系数

n — 检测的热摩擦系数的个数。

试验完成后，下压油缸11活塞杆退回，在下压滑块6（9）和下压导轨7的导向作用下带动下压球头14上行，弹簧15回缩，带动下压连接板8、上压力块16上行，上压力块16松开带状金属材料2。 

Claims (3)

1. 金属材料热摩擦系数试验台主要由铝合金框架、管式电炉、下压机构、夹紧拉拽机构、底座组成；其特征是管式电炉固定在铝合金框架上，下压机构、夹紧拉拽机构固定在底座上表面，底座固定在铝合金框架上；下压机构主要由下压支座、下压滑块、下压导轨、下压连接块、油缸安装板、下压油缸、红外温度传感器、温度传感器安装支架、下压球头、弹簧、上压力块、下压力块、下压支撑块、剪切力传感器组成；下压支座、剪切力传感器固定在底座上表面，油缸安装板固定在下压支座上表面，下压油缸安装在油缸安装板上表面，下压球头套装在下压油缸活塞杆上；上压力块固定在下压连接板上，两个下压滑块固定在下压连接板上，并套装在两根下压导轨上，两根弹簧一端连接下压连接板前端面，一端连接在油缸安装板下端面；下压力块固定在下压支撑块上，下压支撑块安放在剪切力传感器的上表面；两个下压滑块固定在下压支撑块上并套装在两根下压导轨上，两根下压导轨固定在下压支座的前端面；温度传感器安装架固定在油缸安装板前端面，红外温度传感器安装在温度传感器安装架上；夹紧拉拽机构主要由伺服电动机、减速器、支撑框、联轴器、轴承座、双列角接触轴承、轴承盖、连接套、滚珠螺母、丝杆、直线运动滑板、连接杆、关节轴承、拉杆销、拉拽滑块、拉拽力传感器、导向滑板、下夹块、上夹块、拉拽导轨组成；伺服电动机转轴套入减速器的轴孔中，减速器固定在支撑框的后端面，支撑框固定在底座的后端面；丝杆后端部套入双列角接触轴承中，双列角接触轴承装入轴承座和轴承盖中，轴承座套入并固定在支撑框前端面的安装孔中，联轴器两端轴孔分别连接丝杆后端部和减速器转轴；丝杠套装在滚珠螺母中，滚珠螺母套入连接套中，直线运动滑块固定在连接套上，两个拉拽滑块固定在直线运动滑块下表面并套装在两根拉拽导轨上；上夹板安装在下夹板上，下夹板固定在导向滑板上表面，两个拉拽滑块固定在导向滑板下表面并套装在两根拉拽导轨上，两根拉拽导轨固定在底座的上表面；两套连接杆分别一端连接拉拽力传感器前、后螺纹孔，另一端连接两套关节轴承的螺纹孔，两套拉杆销分别套入两套关节轴承的销孔中，后部的拉杆销套入直线运动滑板的销孔中并用螺母锁紧，前部的拉杆销套入导向滑板的销孔中并用螺母锁紧。

2. 根据权利要求1所述的金属材料热摩擦系数试验台，其特征是试验时将带状金属材料穿过管式电炉的加热通道孔，以及下压支座竖直面上的方孔，将带状金属材料的一端放置在上夹块和下夹块之间，拧紧螺栓使上夹块和下夹块夹紧带状金属材料；启动下压油缸，下压油缸活塞杆伸出，带动下压球头、下压连接板、上压力块下行，并拉伸弹簧，在上压力块和下压力块之间给带状金属材料施加下压力；启动伺服电动机，经减速器、联轴器驱动丝杆旋转，使滚珠螺母作直线运动，经连接套、直线运动滑板、拉杆销、关节轴承、连接杆、带动拉拽力传感器作拉拽直线运动，经连接杆、关节轴承、拉杆销，带动下夹板、上夹板、导向滑板作直线运动，从而拉拽带状金属材料。

3. 根据权利要求1所述的金属材料热摩擦系数试验台，其特征是试验过程中通过剪切力传感器实时检测下压力，拉拽力传感器实时检测拉拽力，用拉拽力除以下压力，再乘以二分之一，即得到带状金属材料的热摩擦系数；对整个拉拽过程中计算得出的热摩擦系数求平均，可得到更准确的金属材料的平均热摩擦系数。