CN105716982A - 一种金刚石复合片耐磨性测试实验装置 - Google Patents

一种金刚石复合片耐磨性测试实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金刚石复合片耐磨性测试实验装置，由数控装置、伺服驱动装置、测量反馈装置和机床主体构成。伺服驱动装置由主轴电动机、伺服电机和X向电动滑台、Y向电动滑台以及Z向电动滑台组成，对应着X向电动滑台、Y向电动滑台、Z向电动滑台配有X向导轨、Y向导轨、Z向导轨；X向导轨外部设有可在X向导轨上移动的两根立柱，两根立柱之间通过横梁连接，Y向导轨上设有可在Y向导轨上移动的PDC固定装置，伺服驱动装置通过管线与数控装置相连接。有益效果是可以准确便捷地测定出磨耗比相关参数。

Description

一种金刚石复合片耐磨性测试实验装置
技术领域
本发明属于超硬材料耐磨性能测定设备技术领域，涉及一种测定石油和天然气钻探、采矿破岩等用到的金刚石复合片耐磨性测试实验装置。
背景技术
目前，金刚石复合片以其优良的耐磨性能，在PDC钻头的切削齿中已得到广泛的应用。钻头具有了良好的耐磨性能便可以提高破岩效率，缩短钻井周期。因此如何来检测金刚石复合片的综合性能成为研究石油钻齿的一个主要的研究方向。判断金刚石复合片的指标有：耐磨性、抗冲击性、耐热性等，其中复合片的耐磨性通过磨耗比这个指标来衡量，但迄今为止国际上也没有制定统一的测试标准，几个主要的金刚石复合片生产国采用自己的测试方法，包括以下几种类别：1.美国的G.E公司采用的方法是用金刚石复合片来车削一种结构均匀的花岗岩棒，规定切削速度、切深和进给量。车削时用测力计测得金刚石复合片的受力大小。车削一定数量的花岗岩后，观察金刚石复合片的磨损量。磨损量是用投影显微镜测量被磨损部位的长宽尺寸，然后用计算机算出其体积，进行比较；2.前苏联对金刚石复合片耐磨性的测定是用金刚石复合片来刨削指定地区采集的石英砂岩。金刚石复合片固定在牛头刨床的刀夹上，测试时，规定切削速度、切深、横向进给行程和切削长度。金刚石复合片的磨耗比值为其金刚石层磨损面中心部分的线高度(用工具显微镜测量)；3.我国各金刚石复合片生产厂家均采用测试金刚石聚晶磨耗比的方法来检测金刚石复合片耐磨性，即用金刚石复合片的边棱来修整规定的SiC砂轮，当砂轮磨耗量超过25g，金刚石复合片磨耗量不低于0.2mg时，测定砂轮与金刚石复合片失重的比值，即为磨耗比。以上三种测试方法存在以下问题：1.不能模拟PDC钻头在井下破岩时，PDC受到的实际磨损情况，特别是前苏联采用牛头刨床进行切削实验与PDC切削齿在井下受磨损的情况不相符；2.存在称量误差，特别是我国普遍采用失重比进行测量的误差更大。有时金刚石复合片在磨削掉50g的SiC砂轮后，其自身失重才达到0.2mg，且在称量过程中，金刚石复合片表面吸附空气中微量的尘埃重量就可能抵消或超过其失重，使得测出的磨耗比误差更大。此外称量时砝码本身的误差或清洁程度也会带来称量误差。这样，要得到准确的测试结果，不但要求称量环境洁净无尘，砝码要定期清洁、校正，而且对测试人员的技术要求也非常高。
因此，为了完善以上测试方法的不足，需建立一种新的金刚石复合片耐磨性测试实验装置，以满足金刚石复合片与岩石进行磨损的实验环境更符合钻井时井下真实环境，同时实现操作过程的高效便捷。
发明内容
本发明的目的是提供一种金刚石复合片耐磨性测试实验装置，为了使金刚石复合片磨损的实验条件更符合用于钻井时井下的实际环境，并准确便捷地测定出磨耗比相关参数。
本发明采用的技术方案是，一种金刚石复合片耐磨性测试实验装置，由数控装置、伺服驱动装置、测量反馈装置和机床主体构成。
本发明的特征还在于，伺服驱动装置由主轴电动机、伺服电机和X向电动滑台、Y向电动滑台以及Z向电动滑台组成，对应着X向电动滑台、Y向电动滑台、Z向电动滑台配有X向导轨、Y向导轨、Z向导轨；其中，X向电动滑台设在底座侧翼的X向导轨上，X向导轨外部设有可在X向导轨上移动的两根立柱，两根立柱之间通过横梁连接，两根立柱上设有Z向导轨，在Z向导轨上设有可在Z向导轨上移动的Y向导轨；Y向导轨上设有可在Y向导轨上移动的PDC固定装置，伺服驱动装置通过管线与数控装置相连接；机床主体包括底座，底座上设有转盘，测量反馈装置包括PDC位移速度测量元件和主轴速度测量元件，其中PDC位移速度测量元件安装在金刚石复合片夹具上，主轴速度测量元件安装在主轴电动机上，PDC固定装置上安装有伺服电机，端面齿轮与伺服电机连接，金刚石复合片夹具与端面齿轮连接，金刚石复合片安装到金刚石复合片夹具。
转盘周围设有挡板。
转盘上设有磨料夹盘。
底座内部设有锥齿轮与转盘连接，主轴电动机驱动锥齿轮。
本发明的有益效果是，可以模拟井下金刚石复合片切削齿的磨损环境，提高测量磨耗比的准确性；进给和主轴伺服电机通过数控装置控制，使转盘的旋转速度与金刚石复合片切削时的平移速度相配合，使金刚石复合片进行磨损实验时在磨料上的切削线速度保持不变，实现稳定磨损；可以改变金刚石复合片切削时的前倾角和侧倾角，从而可以进行金刚石复合片切削角对切削效率影响的实验。利用SiC砂轮的失重与金刚石复合片的磨损体积之比值表示金刚石复合片耐磨性的优良，避免了因传统失重比中金刚石复合的片失重测量所带来的误差。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中，1.底座；2.挡板；3.磨料夹盘；4.数控装置；5.金刚石复合片；6.金刚石复合片夹具；7.PDC位移速度测量元件；8.端面齿轮；9.PDC固定装置；10.Y向导轨；11.Y向电动滑台；12.伺服电机；13.横梁；14.Z向电动滑台；15.立柱；16.Z向导轨；17.主轴电动机；18.主轴速度测量元件；19.X向电动滑台；20.锥齿轮；21.X向导轨；22.转盘。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种金刚石复合片耐磨性测试实验装置，结构如图1所示，由数控装置4、伺服驱动装置、测量反馈装置和机床主体构成。
数控装置4采用CNC(ComputerNumericalControl)形式，使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能。CNC位置控制系统根据输入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件。其中，本实验装置中输入装置采用键盘输入，将信息传给CNC单元，编译成计算机能识别的信息，由信息处理部分按照控制程序的规定，逐步存储并进行处理后，通过输出装置根据控制器的命令接收运算器的输出脉冲，经过功率放大，发出位置和速度指令给伺服驱动装置，从而驱动机床按规定要求运动。
伺服驱动装置由主轴电动机17、伺服电机12和X向电动滑台19、Y向电动滑台11以及Z向电动滑台14组成。伺服驱动装置各部件通过管线与数控装置4相连接。
对应X、Y、Z三个不同方向的电动滑台配有导轨：X向导轨21、Y向导轨10、Z向导轨16。主轴电动机17驱动锥齿轮20，锥齿轮20与转盘22连接。
测量反馈装置包括PDC位移速度测量元件7和主轴速度测量元件18。其中PDC位移速度测量元件7安装在金刚石复合片夹具6上，主轴速度测量元件18安装在主轴电动机17上。
由于采用了上述结构，当数控装置4的指令信息经过伺服驱动装置功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移和角位移运动。PDC位移速度测量元件7将PDC固定装置9的空间位移量和速度值、主轴速度测量元件18将电动机输出轴的速度值检测出来并经测量反馈装置输入到机床的数控装置4中，数控装置4对反馈回来的实际位移值与指令值进行比较，并向伺服驱动装置输出达到设定值所需的位移量和速度值指令。
机床主体包括底座1，底座1上设有转盘22，转盘22上设有磨料夹盘3。底座1两侧设有X向导轨21，X向导轨21外部设有可在X向导轨21上移动的两根立柱15，其两根立柱15通过横梁13相连接，两根立柱15上设有Z向导轨16，在Z向导轨16上设有可在Z向导轨上移动的Y向导轨10；Y向导轨10上设有可在Y向导轨上移动的PDC固定装置9。
由于采用了上述结构，PDC固定装置9可以实现X、Y、Z三个方向的移动，在金刚石复合片5进行磨损实验时，通过数控装置4控制金刚石复合片5的平移速度和转盘22的旋转速度，可以实现金刚石复合片5磨损时的切削线速度保持不变，准确地模拟金刚石复合片5切削齿在实际工作时的情况。
PDC固定装置9上安装有伺服电机12，端面齿轮8与伺服电机12连接，金刚石复合片夹具6与端面齿轮8连接，依靠端面齿轮8和金刚石复合片夹具6可以改变金刚石复合片5切削时的前倾角和侧倾角。
由于采用了上述结构，在进行实验前金刚石复合片夹具通过绕端面齿轮轴旋转可以改变金刚石复合片切削时的前倾角，通过端面齿轮可以改变金刚石复合片切削时的侧倾角，因此本发明装置还可以进行金刚石复合片切削角对切削效率影响的实验。
具体来说，包括数控装置4，数控装置4通过管线与伺服电机系统相连，伺服电机系统包括在伺服电机12和X向电动滑台19、Y向电动滑台11、Z向电动滑台14内的伺服电机。其中，X向电动滑台19设在底座1的侧翼的X向导轨21上，保证立柱15可通过X向电动滑台19的作用在X轴向上相对移动。立柱15与横梁13连接，并在立柱15上设有Z向导轨16，Z向导轨16上设有Z向电动滑台14，Z向电动滑台14由Z向进给伺服电机控制。在Z向电动滑台14上设有Y向导轨10，Y向导轨10可在Z轴向上相对移动，在Y向导轨10上设有Y向电动滑台11，Y向电动滑台11由Y向进给伺服电机控制。Y向电动滑台11上设有PDC固定装置9，依靠Y向电动滑台11，PDC固定装置9可在Y轴向上相对移动。
底座1内部设有锥齿轮20与转盘22相连接，转盘22周围设有挡板2，转盘22上设有磨料夹盘3。锥齿轮20另一端与主轴电动机17相连接，并由主轴电动机17控制。
本发明的原理和测试方法如下：
将实验用SiC砂轮安装到磨料夹盘3中并固紧，金刚石复合片5安装到金刚石复合片夹具6中。启动实验装置，在进行切削实验前，通过端面齿轮8来改变金刚石复合片5的前倾角和侧倾角到指定值。之后通过控制X、Y、Z三个方向的空间位置，使金刚石复合片5对SiC砂轮进行磨损实验，实验过程中，通过数控装置4的程序控制，达到金刚石复合片5在SiC砂轮上的切削线速度保持不变，保持切削深度由外向内进行稳定磨损。
实验进行指定时间后，停止实验。利用显微镜测量金刚石复合片磨损面的长度，然后计算出其磨损体积。利用SiC砂轮的失重与金刚石复合片的磨损体积之比值表示金刚石复合片的耐磨性。
一次实验结束后，通过改变金刚石复合片5的切削前倾角和侧倾角，来测量不同切削角度对金刚石复合片耐磨性，研究其影响规律。

Claims (8)

1.一种金刚石复合片耐磨性测试实验装置，其特征在于，由数控装置(4)、伺服驱动装置、测量反馈装置和机床主体构成。
2.根据权利要求1所述的一种金刚石复合片耐磨性测试实验装置，其特征在于，所述伺服驱动装置由主轴电动机(17)、伺服电机(12)和X向电动滑台(19)、Y向电动滑台(11)以及Z向电动滑台(14)组成，对应着X向电动滑台(19)、Y向电动滑台(11)、Z向电动滑台(14)配有X向导轨(21)、Y向导轨(10)、Z向导轨(16)；其中，X向电动滑台(19)设在底座(1)侧翼的X向导轨(21)上，X向导轨(21)外部设有可在X向导轨(21)上移动的两根立柱(15)，两根立柱(15)之间通过横梁(13)连接，两根立柱(15)上设有Z向导轨(16)，在Z向导轨(16)上设有可在Z向导轨上移动的Y向导轨(10)；Y向导轨(10)上设有可在Y向导轨上移动的PDC固定装置(9)，伺服驱动装置通过管线与数控装置(4)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种金刚石复合片耐磨性测试实验装置，其特征在于，机床主体包括底座(1)，底座(1)上设有转盘(22)。
4.根据权利要求1所述的一种金刚石复合片耐磨性测试实验装置，其特征在于，测量反馈装置包括PDC位移速度测量元件(7)和主轴速度测量元件(18)，其中PDC位移速度测量元件(7)安装在金刚石复合片夹具(6)上，主轴速度测量元件(18)安装在主轴电动机(17)上。
5.根据权利要求1所述的一种金刚石复合片耐磨性测试实验装置，其特征在于，PDC固定装置(9)上安装有伺服电机(12)，端面齿轮(8)与伺服电机(12)连接，金刚石复合片夹具(6)与端面齿轮(8)连接，金刚石复合片(5)安装到金刚石复合片夹具(6)。
6.根据权利要求3所述的一种金刚石复合片耐磨性测试实验装置，其特征在于，转盘(22)周围设有挡板(2)。
7.根据权利要求3所述的一种金刚石复合片耐磨性测试实验装置，其特征在于，转盘(22)上设有磨料夹盘(3)。
8.根据权利要求3所述的一种金刚石复合片耐磨性测试实验装置，其特征在于，底座(1)内部设有锥齿轮(20)与转盘(22)连接，主轴电动机(17)驱动锥齿轮(20)。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108240946A (zh) * 2018-02-02 2018-07-03 中铁隧道局集团有限公司 一种高效滚刀磨蚀实验方法
CN108709739A (zh) * 2018-06-05 2018-10-26 西南石油大学 一种用于模拟pdc齿载荷温度耦合磨损的实验装置
CN110307976A (zh) * 2019-08-07 2019-10-08 烟台中宇航空液压有限公司 电液伺服进给系统可靠性试验装置
CN115824752A (zh) * 2023-02-14 2023-03-21 沈阳西子航空产业有限公司 加工复合材料试片的设备、加工控制方法及实验装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN200989873Y (zh) * 2006-09-05 2007-12-12 上海市机械施工有限公司 地下掘削类硬质合金磨耗试验装置
CN101376197A (zh) * 2007-08-30 2009-03-04 昆山华恒工程技术中心有限公司 管板焊头操作架
CN102198617A (zh) * 2011-03-30 2011-09-28 肖衍盛 高架伸缩式悬臂数控机床
CN102528451A (zh) * 2010-12-07 2012-07-04 沈阳理工大学 一种框架式五轴车铣加工设备
EP2570794A2 (en) * 2011-09-19 2013-03-20 Varel International, Ind., L.P. Thermal-mechanical wear testing for pdc shear cutters
CN104122159A (zh) * 2014-08-05 2014-10-29 厦门大学 基于力矩电机的金刚石切割片性能测试装置及其测试方法
CN104406876A (zh) * 2014-11-27 2015-03-11 成都惠锋金刚石工具有限公司 一种锯片切割性能测试机及其测试方法
US20150075252A1 (en) * 2013-09-16 2015-03-19 Varel International Ind., L.P. Method Of Determining Wear Abrasion Resistance Of Polycrystalline Diamond Compact (PDC) Cutters
CN104634688A (zh) * 2015-02-13 2015-05-20 清华大学 刀具切削以及磨削测试仪

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN200989873Y (zh) * 2006-09-05 2007-12-12 上海市机械施工有限公司 地下掘削类硬质合金磨耗试验装置
CN101376197A (zh) * 2007-08-30 2009-03-04 昆山华恒工程技术中心有限公司 管板焊头操作架
CN102528451A (zh) * 2010-12-07 2012-07-04 沈阳理工大学 一种框架式五轴车铣加工设备
CN102198617A (zh) * 2011-03-30 2011-09-28 肖衍盛 高架伸缩式悬臂数控机床
EP2570794A2 (en) * 2011-09-19 2013-03-20 Varel International, Ind., L.P. Thermal-mechanical wear testing for pdc shear cutters
US20150075252A1 (en) * 2013-09-16 2015-03-19 Varel International Ind., L.P. Method Of Determining Wear Abrasion Resistance Of Polycrystalline Diamond Compact (PDC) Cutters
CN104122159A (zh) * 2014-08-05 2014-10-29 厦门大学 基于力矩电机的金刚石切割片性能测试装置及其测试方法
CN104406876A (zh) * 2014-11-27 2015-03-11 成都惠锋金刚石工具有限公司 一种锯片切割性能测试机及其测试方法
CN104634688A (zh) * 2015-02-13 2015-05-20 清华大学 刀具切削以及磨削测试仪

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108240946A (zh) * 2018-02-02 2018-07-03 中铁隧道局集团有限公司 一种高效滚刀磨蚀实验方法
CN108709739A (zh) * 2018-06-05 2018-10-26 西南石油大学 一种用于模拟pdc齿载荷温度耦合磨损的实验装置
WO2019233214A1 (zh) * 2018-06-05 2019-12-12 西南石油大学 一种用于模拟pdc齿载荷温度耦合磨损的实验装置
CN110307976A (zh) * 2019-08-07 2019-10-08 烟台中宇航空液压有限公司 电液伺服进给系统可靠性试验装置
CN115824752A (zh) * 2023-02-14 2023-03-21 沈阳西子航空产业有限公司 加工复合材料试片的设备、加工控制方法及实验装置

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