CN105259064B - 一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装置及计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装置，包括：旋转盘；标准品销试样，其与标准品液压缸相连；试验品销试样，其与试验品液压缸相连；电机，用于驱动旋转盘旋转；其中，试验品液压缸和标准品液压缸内活塞承压面积相等，试验品液压缸和标准品液压缸连通，并且由同一油泵驱动。本发明还公开了一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验计算方法。本发明具有试验品安装拆卸方便，试验操作灵活可控，可选择性的进行单一试验或同步对比试验，同时试验结果计算过程排除外界因素干扰，冷却液流动量可灵活调节等特点。

Description

一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装置及计算 方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装置及计算方法。

背景技术

摩擦磨损试验机最常用的磨损方式为旋转盘式，即上部试样销子压在下部对磨盘上进行摩擦磨损试验，例如MPX－2000型摩擦磨损试验机，旋转盘式磨损方式下，销试样偏心安装在上部转动轴上，在电机驱动下旋转盘作匀速圆周运动，销试样与对偶盘之间的正压力依靠标定质量的砝码下压或上顶来实现，在这样的试验过程中会产生大量的热量无法散热，从而会影响测试数据的准确性，在申请号201220434895.6的实用新型专利中，虽然设计发明了一种旋转盘式摩擦磨损试验机的冷却式卡具，通过冷却液的方式对试验旋转盘进行散热，但是其不能根据旋转盘试验温度调节其内部的冷却液流量，同时，该方案是通过卡具在旋转盘侧壁进行降温，不能达到最优效果。

现有技术中，对于旋转盘式的摩擦磨损试验机多采用砝码式的载荷，对试验品进行单一测试，对于测试过程中所产生的不能有很好的比对效果，从而不能排除在试验过程中的外界干扰因素。

发明内容

本发明设计开发了一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装置，其目的之一是解决现有技术中测试只能单一进行，不能同步将试验品及标准品进行比对试验，以排除外界干扰因素的问题。

本发明装置的目的之二是解决现有技术中，摩擦试验进行的过程中旋转盘热量散热不及时，并且散热过程中不可控的问题。

本发明还提供了一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验计算方法，其目的是解决由于测试过程中外界环境干扰使测试计算结果不准确的问题。

本发明具有试验品安装拆卸方便，试验操作灵活可控，可选择性的进行单一试验或同步对比试验，同时试验结果计算过程排除外界因素干扰，冷却液流动量可灵活调节等特点。

本发明提供的技术方案为：

一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装置，包括：

旋转盘；

标准品销试样，其与标准品液压缸相连；所述标准品液压缸能够选择性的驱动所述标准品销试样接触所述旋转盘表面；以及

试验品销试样，其与试验品液压缸相连；所述试验品液压缸能够选择性的驱动所述试验品销试样接触所述旋转盘表面；

电机，用于驱动所述旋转盘旋转；

其中，所述试验品液压缸和所述标准品液压缸内活塞承压面积相等，所述试验品液压缸和所述标准品液压缸连通，并且由同一油泵驱动。

优选的是，冷却夹板，其具有凹槽，所述旋转盘设置在凹槽内；所述冷却夹板的板壁为空腔结构，内部填充冷却液；以及

温度传感器，其安装在所述旋转盘中心处，能够监测旋转盘温度；

所述冷却夹板的板壁还包括进液口及出液口，所述进液口处安装流量阀，所述流量阀及所述温度传感器还分别与流量控制器相连，所述流量控制器通过监测所述旋转盘温度调节所述流量阀控制冷却液流量。

优选的是，还包括：油压控制器，其分别与油压检测器及油泵相连，所述油压控制器控制所述油泵调节进油量，进而控制所述试验装置试验载荷。

优选的是，所述试验品为柱状晶铜，其通过热轧连铸方法制备，直径为5mm～10mm。

优选的是，所述柱状晶铜的轴向面和径向面作为试验的摩擦表面，其晶粒取向相应的平行和垂直于接触界面。

优选的是，所述标准品液压缸进油孔处还设置有截止阀。

一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验计算方法，包括如下步骤：

步骤一：将试验品及标准品通过金属粘结剂分别与铜圆柱相粘结组成试验品销试样及标准品销试样，分别称量所述试验品销试样质量及所述标准品销试样质量；

步骤二：将所述试验品销试样及所述标准品销试样分别与活塞下端相配合连接；

步骤三：开启油泵，控制液压缸压力，待压力平稳后使旋转盘旋转；驱动冷却液对旋转盘进行冷却；

步骤四：称量所述试验品销试样及所述标准品销试样质量，分别计算磨损率，分别得到所述试验品销试样绝对磨损率A₁及所述标准品销试样绝对磨损率A₂，再通过所述标准品销试样绝对磨损率A₂及经验校正公式计算得到所述试验品销试样相对磨损率A′；其中，S为销试样与旋转盘相对滑动距离，F为载荷，f为试验品摩擦系数，n为电机转数，T₀为旋转盘平均温度，t为测试时间。

优选的是，所述步骤一中，所述试验品销试样及所述标准品销试样称量前在无水乙醇溶液中超声处理，干燥后再称量。

优选的是，所述步骤四中，通过公式计算所述试验品销试样绝对磨损率A₁及所述标准品销试样绝对磨损率A₂，其中，ΔW为销试样试验前后质量差值，ρ为试验品的密度，S为销试样与旋转盘相对滑动距离，F为载荷。

优选的是，冷却液流量根据公式Q＝0.1312e^0.001T进行调节；其中，e为自然对数的底数，T为旋转盘温度。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、本发明能够单独对试验品进行测试，或者同时将试验品及标准品进行同步测试，根据销试样相对滑动距离、对销试样施加载荷、试验品摩擦系数、发动机转数、旋转盘平均温度及测试时间对试验品的磨损率进行校正，能够得到相对标准品的相对磨损率进而去除干扰因素对测试结果的影响；同时，在选取标准品时更具有灵活性，能够根据需求进行对比试验；

2、本发明还能够通过与确定的标准品进行比对，制定合适的相对磨损率范围，筛选出符合规格的试验品；

3、通过循环冷却装置的设置，通过控制冷却装置中的冷却液流量使旋转盘在试验过程中能够及时散热，使其试验温度稳定，提高测试的准确性；

4、由于在接触应力及剪切应力的作用下，金属及其合金在干滑动磨损时，接触表面发生不同程度的塑性变形，同时这种强烈的塑性变形可以使摩擦表面形成一定取向的结构，这种表面取向结构对材料的摩擦磨损性能会产生很大的影响，研究人员一般以单晶材料为研究对象来确定晶粒取向，材料要求高，晶面、晶向指数确定复杂，不易于操作，所以本发明选取了柱状晶铜的轴向面和径向面作为摩擦接触面来研究晶粒取向对铜摩擦层及摩擦磨损性能的影响；同时，在选取未知不同晶面及晶向指数的材料时，可以在排除其他干扰因素的情况下与已知确定的晶面及晶向指数的材料进行同步试验进行比对分析，通过相对磨损率的计算，能够得到更具可靠性及可分析性数据。

附图说明

图1为本发明所述的结构示意图。

图2为旋转盘式试验机工作原理图。

图3为晶粒水平取向的销试样的制备。

图4为晶粒垂直取向的销试样的制备。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供了一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装置，包括：旋转盘130、试验品销试样125及标准品销试样126，旋转盘130为退火态的45^#钢，同时，由于试验品201及标准品202长度有限，不便于在销夹具上的固定，因此需要将试验品201及标准品202一端面用砂纸磨平后与纯铜圆柱通过金属粘结剂粘接得到试验品销试样125及标准品销试样126；电机110，其能够通过同步带111驱动中空主轴140，从而带动旋转盘130旋转，采用这种电机110通过同步带111带动中空主轴140的方式，可以缓和载荷冲击而且运行平稳，无噪声，并且同步带111传动无弹性滑动和打滑，效率高而且能保持准确的传动比，也就是能保持中空主轴140以某一速度稳定地转动，从而保证了中空主轴140和电机110之间的热影响很小，同时，中空主轴140采用推力球141轴承进行固定，通过此种固定方式，使其能够更好的承受在中空主轴140旋转时的轴向力；液压缸分为试验品液压缸121及标准品液压缸122，设计要求试验品液压缸活塞123及标准品液压缸活塞124承压面积相等，进而使其受到的力相等，并且试验品液压缸121及标准品液压缸122连通，由同一油泵152驱动试验，从而保证了输油管路的一致性，在进行试验的过程中使试验品销试样125及标准品销试样126承受相等的载荷，试验品液压缸活塞123及标准品液压缸活塞124下端分别通过销夹具固定连接试验品销试样125及标准品销试样126，试验品液压缸121能够选择性的驱动试验品销试样125接触旋转盘130表面，标准品液压缸122能够选择性的驱动标准品销试样126接触旋转盘130表面，试验品液压缸121及标准品液压缸122的进油孔分别通过同一油压检测器151与油泵152相连，油压检测器151及油泵152还分别与油压控制器161相连，油压控制器161通过油压检测器151控制油泵152调节进油量，进而控制试验装置中试验品销试样125及标准品销试样126的试验载荷；在标准品液压缸122进油孔处还设置有截止阀180，通过截止阀180的设置使本发明装置不局限于同时进行对比试验测试，也能够进行单一的试验品的试验测试，使得本装置在试验选择上很具有灵活性；在本装置中还包括温度传感器170，其安装在旋转盘130中心处，能够监测试验过程中旋转盘130温度，并且能够得到试验过程中旋转盘的平均温度；

在另一种实施例中，还包括：冷却夹板131，其具有凹槽，冷却夹板131的板壁为空腔结构，其内部填充冷却液，旋转盘130设置在冷却夹板131的凹槽内，周围能够与旋转盘130配合锁紧；冷却夹板131还包括进液口132及出液口133，在进液口132处安装流量阀153，流量阀153及温度传感器170分别与流量控制器162相连，流量控制器162通过温度传感器170监测旋转盘130的温度，进而通过调节流量阀153控制在冷却夹板131的空腔结构内的循环冷却液流量；在本实施例中，冷却夹板131的材质为热传导性能优良的铜材质；并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此，在实施本发明时，冷却夹板131可设计为“T”型结构，其板壁为空腔结构，其内部填充冷却液，“T”型结构分为水平部及竖直部，水平部具有凹槽，旋转盘130设置在冷却夹板131的凹槽内，周围能够与旋转盘130配合锁紧，竖直部能够相配合插入到中空主轴140内部，从而延长冷却液流动路径，使旋转盘130冷却散热效果更好。

在另一种实施例中，试验品201为柱状晶铜，其通过热轧连铸方法制备，直径为5mm～10mm，如图3、图4所示，我们选取铜棒的轴向面和径向面作为试验的待试验摩擦表面，其晶粒取向相应的平行和垂直于接触界面，两种晶粒取向相应地称为水平取向和垂直取向，首先通过电火花线切割原始柱状晶铜棒得到Φ5×3mm的圆柱销，由于其长度尺寸有限，不便于在销夹具上的固定，因此，在初步切取的圆柱销末端用砂纸磨平后，利用金属粘结剂粘连一个端面用砂纸磨平了纯铜圆柱，以制备出具有合适尺寸的销试样；在本实施例中，制备尺寸为Φ5×15mm的销试样，试验品销试样125及标准品销试样126尺寸均为Φ5×15mm。

如图1、图2所示，本发明还提供了一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验计算方法，通过使用本发明所提供的试验装置，包括如下步骤：

步骤一：将试验品201及标准品202通过金属粘结剂分别与铜圆柱相粘结组成试验品销试样125及标准品销试样126，分别称量试验品销试样125质量及标准品销试样126质量；

步骤二：将试验品销试样125及标准品销试样126分别与试验品液压缸活塞123及标准品液压缸活塞124的下端通过销夹具固定连接；

步骤三：开启油泵152，控制试验品液压缸121及标准品液压缸122压力，待压力平稳后开启电机110使旋转盘旋转，同时驱动冷却液对旋转盘进行冷却，调节电机110转速进行试验；

步骤四：试验完成后，称量试验品销试样125及标准品销试样126质量，分别计算磨损率；首先，分别得到试验品销试样125绝对磨损率A₁及标准品销试样126绝对磨损率A₂，然后，通过标准品销试样126绝对磨损率A₂及经验校正公式计算得到试验品销试样125相对磨损率A′；其中，S为销试样与旋转盘相对滑动距离，单位为mm，F为载荷，单位为N，f为试验品摩擦系数，n为电机转数，单位为r/min，T₀为旋转盘平均温度，单位为℃，t为测试时间，单位为s；在本实施例中，0＜S＜1334，1＜F＜15。

在另一种实施例中，在步骤四中，标准品202可选择为高强度耐磨材质，对试验品201的磨损率进行校正计算，同时，也可选择如如图3、图4所示中的两种晶粒取向分别为水平取向和垂直取向的铜棒作为标准品，同步测试任意未知晶面及晶向指数的铜棒的绝对磨损率，再通过与已知晶面及晶向指数的铜棒的绝对磨损率进行经验校正得到相对磨损率，为不同的晶面及晶向指数的铜棒的相对磨损率进行数据分析；同时，在本实施例中，可以提供一个相对磨损率取值范围A″，A″满足条件A′-a＜A″＜A′+a，以已知晶面及晶向指数的铜棒作为标准品202，计算未知晶面及晶向指数的试验品201的相对磨损率是否满足取值范围A″，以检测试验品是否符合预设标准，或者通过此范围进行择优选择相对磨损率在此区间的试验品201，作为一种优选，在本实施例中，a＝5.6×10^-9。

在另一种实施例中，在步骤一中，试验品销试样125及标准品销试样126称量前在无水乙醇溶液中超声处理10分钟，以去除表面油污和其他吸附杂质，干燥后待用；同时，在步骤一及步骤三中，利用精确度为0.1mg的电子天平称量试验品销试样125及标准品销试样126的磨损前后质量，计算得到销试样的磨损率。

在另一种实施例中，在步骤四中，通过公式计算试验品销试样绝对磨损率A₁及标准品销试样绝对磨损率A₂，单位为cm³/N·m，其中，ΔW为销试样试验前后质量差值，单位为g，ρ为试验品的密度，单位为g/cm³，S为销试样与旋转盘相对滑动距离，单位为mm，F为载荷，单位为N。

在另一种实施例中，开启流量控制器162后，冷却夹板131的空腔结构中的冷却液流量根据公式Q＝0.1312e^0.001T进行调节；其中，e为自然对数的底数，T为试验过程中的旋转盘温度，单位为℃，流量Q的单位为mL/s。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装置，其特征在于，包括：

旋转盘；

标准品销试样，其与标准品液压缸相连；所述标准品液压缸能够选择性的驱动所述标准品销试样接触所述旋转盘表面；以及

试验品销试样，其与试验品液压缸相连；所述试验品液压缸能够选择性的驱动所述试验品销试样接触所述旋转盘表面；

电机，用于驱动所述旋转盘旋转；

其中，所述试验品液压缸和所述标准品液压缸内活塞承压面积相等，所述试验品液压缸和所述标准品液压缸连通，并且由同一油泵驱动；

冷却夹板，其具有凹槽，所述旋转盘设置在凹槽内；所述冷却夹板为“T型”结构，并且所述冷却夹板的板壁为空腔结构，内部填充冷却液；以及

温度传感器，其安装在所述旋转盘中心处，能够监测旋转盘温度；

所述冷却夹板的板壁还包括进液口及出液口，所述进液口处安装流量阀，所述流量阀及所述温度传感器还分别与流量控制器相连，所述流量控制器通过监测所述旋转盘温度调节所述流量阀控制冷却液流量。

2.如权利要求1所述的试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装置，其特征在于，还包括：油压控制器，其分别与油压检测器及油泵相连，所述油压控制器控制所述油泵调节进油量，进而控制所述试验装置试验载荷。

3.如权利要求2所述的试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装置，其特征在于，所述试验品为柱状晶铜，其通过热轧连铸方法制备，直径为5mm～10mm。

4.如权利要求3所述的试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装置，其特征在于，所述柱状晶铜的轴向面和径向面作为试验的摩擦表面，其晶粒取向相应的平行和垂直于接触界面。

5.如权利要求4所述的试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装置，其特征在于，所述标准品液压缸进油孔处还设置有截止阀。

6.一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将试验品及标准品通过金属粘结剂分别与铜圆柱相粘结组成试验品销试样及标准品销试样，分别称量所述试验品销试样质量及所述标准品销试样质量；

步骤二：将所述试验品销试样及所述标准品销试样分别与活塞下端相配合连接；

步骤三：开启油泵，控制液压缸压力，待压力平稳后使旋转盘旋转；驱动冷却液对旋转盘进行冷却；

步骤四：称量所述试验品销试样及所述标准品销试样质量，分别计算磨损率，分别得到所述试验品销试样绝对磨损率A₁及所述标准品销试样绝对磨损率A₂，再通过所述标准品销试样绝对磨损率A₂及经验校正公式计算得到所述试验品销试样相对磨损率A′；其中，S为销试样与旋转盘相对滑动距离，F为载荷，f为试验品摩擦系数，n为电机转数，T₀为旋转盘平均温度，t为测试时间。

7.如权利要求6所述的试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验计算方法，其特征在于，所述步骤一中，所述试验品销试样及所述标准品销试样称量前在无水乙醇溶液中超声处理，干燥后再称量。

8.如权利要求7所述的试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验计算方法，其特征在于，所述步骤四中，通过公式计算所述试验品销试样绝对磨损率A₁及所述标准品销试样绝对磨损率A₂，其中，ΔW为销试样试验前后质量差值，ρ为试验品的密度，S为销试样与旋转盘相对滑动距离，F为载荷。

9.如权利要求8所述的试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验计算方法，其特征在于，冷却液流量根据公式Q＝0.1312e^0.001T进行调节；其中，e为自然对数的底数，T为旋转盘温度。