CN114088562A

CN114088562A - 一种材料耐磨性能试验设备和试验方法

Info

Publication number: CN114088562A
Application number: CN202111205388.5A
Authority: CN
Inventors: 李垚; 武胜圈; 尤培龙; 翁福娟; 白小波; 赵慧芳; 历纪正; 赵世航; 刘鉴庆; 李银辉; 马遥遥; 侯留静
Original assignee: China Railway Engineering Equipment Group Co Ltd CREG
Current assignee: China Railway Engineering Equipment Group Co Ltd CREG
Priority date: 2021-10-15
Filing date: 2021-10-15
Publication date: 2022-02-25

Abstract

本发明涉及一种材料耐磨性能试验设备和试验方法。一种材料耐磨性能试验设备，包括：摩擦转轮，轴线沿竖直方向延伸，用于摩擦待测试样；加载装置，用于对试样施加载荷；所述摩擦转轮具有朝下的摩擦面，供待测试样接触；加载装置对试样的加载作用力方向向上。材料耐磨性能试验方法，该方法包括以下步骤：对试样施加方向向上的加载作用力，使试样与摩擦转轮上朝下的摩擦面接触，依靠摩擦转轮对试样进行耐磨性能试验。本发明能够解决现有技术中进行材料耐磨性能试验时，磨屑容易对试样本身造成划伤和磨损的问题，进一步地，使用砂轮作为对磨材料，成本低，适用性更强，并且可以将多个试样在同一摩擦路径上进行试验，保证了试验条件的一致性。

Description

一种材料耐磨性能试验设备和试验方法

技术领域

本发明涉及一种材料耐磨性能试验设备和试验方法。

背景技术

目前金属材料耐磨性能往往采用符合ASTM G65标准的干湿砂橡胶轮式磨粒磨损试验机进行检测。其原理如图1所示，通过杠杆100和砝码200将试样300压在橡胶轮400的表面，橡胶轮400转动时将试验用砂500（干砂或湿砂）带到橡胶轮400和试样300的中间并与试样300的表面摩擦，一定转数或一定时间后测量零件的失重量，从而判定试样300的耐磨性能。

这种试验方法存在以下问题：1.橡胶轮的表面在磨损中会出现变形和磨损，表面变得不平整，导致试样磨损试验条件不一致，试验准确性大大下降；2.试验过程中橡胶轮的直径会逐渐减小，导致相同周期下试样摩擦的距离不同，影响试验条件的一致性；3.试验用砂只能一次性使用，且标准要求的砂为进口砂，造成试验成本很高；4.橡胶轮磨损速度较快，更换频繁，增加试验成本；5.试验过程沙尘很大，试验条件恶劣。

公开号为CN111929188A的中国专利文献公开了一种多试样同步耐磨性检测的摩擦磨损试验机及检测方法，包括轴线沿竖直方向布置的转盘，转盘的上端面设置砂纸，形成摩擦转轮，将多个试样设置在砂纸上方，依靠砝码直接沿竖直方向加载，能够实现多个试样的同步试验，成本低，一致性较好，试验条件较好。但是，上述专利文献中的试验机试验时，试样材料磨损脱落的颗粒会形成磨屑，磨屑掉落在砂纸上，容易对试样本身造成划伤和磨损，从而影响试验精度。另外，上述专利文献中的试验机使用范围较窄，不能用于磨损量较大或载荷较大的试验场合；并且，对磨材料为砂纸，摩擦强度有限，且砂纸在强烈磨损下容易破损，影响试验结果，结构稳定性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种材料耐磨性能试验设备和试验方法，解决现有技术中进行材料耐磨性能试验时，磨屑容易对试样本身造成划伤和磨损的问题。

本发明中采用如下技术方案：

一种材料耐磨性能试验设备，包括：

摩擦转轮，轴线沿竖直方向延伸，用于摩擦待测试样；

加载装置，用于对试样施加载荷；

所述摩擦转轮具有朝下的摩擦面，供待测试样接触；

所述加载装置对试样的加载作用力方向向上。

有益效果：采用上述结构，摩擦转轮的摩擦面为下表面，由于试样的待试验表面小于摩擦转轮的摩擦面，因此，与现有技术相比，磨屑不容易存留在摩擦面上，能够减少试验过程中的磨屑对试样磨损过程的影响；同时，加载装置对试样的加载作用力方向向上，能够保证试验过程的正常加载。

进一步地：所述加载装置包括加载杠杆，加载杠杆具有试样顶压端和加载端，试样顶压端用于对试样施加朝上的加载作用力，所述加载端用于施加加载载荷，试样顶压端和加载端之间设有支点。

有益效果：加载杠杆能够改变加载载荷的作用力方向，能够方便地实现对试样进行加载。

进一步地：所述加载端设有砝码安装座，砝码安装座用于安装砝码，以依靠砝码的重力施加加载载荷。

有益效果：采用上述结构便于控制加载载荷的稳定性。

进一步地：所述试样顶压端设有试样安装座，试样安装座供试样安装。

有益效果：采用上述结构便于试样的安装，不需设置单独的试样安装座，结构简洁，使用方便。

进一步地：所述试样安装座上设有安装槽，供试样以待试验表面高出试样安装座的顶部端面的方式安装。

有益效果：采用上述结构有利于避免试样安装座的顶部端面上积累磨屑，更好地避免磨屑对试样结果的影响。

材料耐磨性能试验方法，该方法包括以下步骤：

对试样施加方向向上的加载作用力，使试样与摩擦转轮上朝下的摩擦面接触，依靠摩擦转轮对试样进行耐磨性能试验。

有益效果：采用上述方案，摩擦转轮的摩擦面为下表面，由于试样的待试验表面小于摩擦转轮的摩擦面，因此，与现有技术相比，磨屑不容易存留在摩擦面上，能够减少试验过程中的磨屑对试样磨损过程的影响。

进一步地：进行耐磨性能试验时，通过加载杠杆对试样进行加载，加载杠杆具有试样顶压端和加载端，试样顶压端用于对试样施加朝上的加载作用力，所述加载端用于施加加载载荷，试样顶压端和加载端之间设有支点。

进一步地：所述加载端设有砝码安装座，砝码安装座用于安装砝码，进行耐磨性能试验时，依靠砝码的重力施加加载载荷。

有益效果：该方案便于控制加载载荷的稳定性。

进一步地：所述试样安装在所述试样顶压端设置的试样安装座上，所述试样安装在试样安装座上时，使试样的待试验表面高出试样安装座的顶面。

有益效果：该方案有利于避免试样安装座的顶部端面上积累磨屑，更好地避免磨屑对试样结果的影响。

进一步地：所述摩擦转轮采用砂轮，材料耐磨性能试验方法还包括采用砂轮修正刀对砂轮底部的摩擦面进行修整的步骤。

有益效果：采用上述方案能够减少砂轮的更换次数，有利于提高效率、降低成本。

附图说明

图1是现有的干湿砂橡胶轮式磨粒磨损试验机的原理图；

图2是本发明中一种材料耐磨性能试验设备的实施例1的结构示意图。

图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：10、摩擦转轮；11、摩擦面；20、转轴；30、加载装置；31、加载杠杆；32、砝码；33、试样安装座；34、砝码安装座；35、支点；40、试样；100、杠杆；200、砝码；300、试样；400、橡胶轮；500、试验用砂。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的具体实施方式中可能出现的术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明中一种材料耐磨性能试验设备的实施例1：

如图2所示，材料耐磨性能试验设备包括摩擦转轮10、转轴20和加载装置30。

摩擦转轮10选用砂轮，固定在转轴20上，其下端面形成摩擦面11，供待测试样40接触以摩擦待测试样40。摩擦转轮10采用砂轮，使用寿命更长，强度更大，可实现多种材料和从高到低多种载荷情况下的摩擦磨损试验，适用性更广。转轴20转动安装在相应的机体上，使用时在驱动装置的驱动下转动，并带动摩擦转轮10转动。

加载装置30包括加载杠杆31和砝码32。本实施例中，加载杠杆31为水平延伸的直杆，直杆的一端设有试样安装座33，形成试样顶压端，另一端设有砝码安装座34，形成加载端。试样顶压端设有安装槽，供试样40嵌入以沿水平方向定位，同时使得试样40的待试验表面能够高出试样安装座33的顶部端面，用于对试样40施加朝上的加载作用力。所述加载端的砝码安装座34用于安装砝码32，以依靠砝码32的重力施加加载载荷。试样顶压端和加载端之间设有支点35，用于改变载荷的作用方向，并且能够在需要时依靠杠杆原理改变载荷的大小。

本实施例中，加载装置30设有两处，两处加载装置30沿摩擦转轮10的中心对称布置，能够同时对两个试样40进行测试。

使用时，将试样40定位安装到加载杠杆31的试样顶压端的试样安装座33上，将一定质量的砝码32安装到加载杠杆31的加载端的砝码安装座34上，启动试验设备，摩擦转轮10转动，摩擦转轮10上朝下的摩擦面11与试样40形成对磨。试验过程中，由于试样40的待试验表面面积小于摩擦转轮10上摩擦面11的面积，当试样40或摩擦转轮10有磨屑产生时，磨屑较难存留才试样40顶部的摩擦面11上，会直接掉下来，从而避免磨屑造成试验误差。进行一定时间或转数的试验后，计算试样40重量的损失量，并以此评估其耐磨性。在进行完试验或砂轮端面有明显磨损时，使用金刚石砂轮修整刀（修整器）进行端面的修磨，不需要频繁更换摩擦转轮10，成本更低

本发明中，摩擦转轮10的摩擦面11为下表面，能够减少试验过程中的磨屑对试样40磨损过程的影响。另外，各试样40能够在同一摩擦路径上进行试验，保证了试验条件的一致性，避免了干湿砂橡胶轮摩擦磨损试验中由于橡胶轮表面磨损和摩擦用砂的流速、目数不一致造成的试验误差较大的问题；再者，使用砂轮作为对磨材料，结构简单，使用寿命更长，强度更大，可实现多种材料和从高到低多种载荷情况下的摩擦磨损试验，适用性更强；通过使用金刚石砂轮修整刀（修整器）进行端面的修磨，有利于节省成本。并且，采用本发明中的试验设备，试样40尺寸和种类灵活性较高，可根据实验对象本身条件设计不同尺寸的试样40和夹头以及不同的载荷，兼容性强。

本发明中一种材料耐磨性能试验设备的实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，摩擦转轮10采用砂轮，而本实施例中，摩擦转轮10采用背景技术中公开号为CN111929188A的中国专利文献采用的转盘+砂纸的形式。

本发明中一种材料耐磨性能试验设备的实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，加载装置30采用加载杠杆31，通过加载杠杆31改变加载作用力的方向，能够利用重力实现加载；而本实施例中，加载装置30采用弹性加载装置，依靠弹簧对试样40施加竖直向上的作用力。

本发明中一种材料耐磨性能试验设备的实施例4：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，加载杠杆31上设有试样安装座33，而本实施例中，材料耐磨性能试验设备包括独立的试样安装座33，试样安装座33设置在砂轮的下方，将试样40沿上下方向导向安装到试样安装座33上，依靠加载杠杆31对砂轮施加方向向上的加载作用力。具体地，试样安装座33的结构为背景技术中公开号为CN111929188A的中国专利文献采用的支持架，支持架上导向设置砝码杆，但砝码杆并非用于加载砝码，而是供试样40安装。

本发明中一种材料耐磨性能试验设备的实施例5：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，材料耐磨性能试验设备包括两处加载装置30，而本实施例中，材料耐磨性能试验设备仅设有一处加载装置30。在其他实施例中，也可以设置三处以上加载装置30。

本发明中材料耐磨性能试验方法的实施例1：

材料耐磨性能试验方法的实施例1即上述材料耐磨性能试验设备的实施例1的使用过程，此处不再具体说明。

本发明中材料耐磨性能试验方法的实施例2：

本发明中一种材料耐磨性能试验方法的实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，加载装置30采用加载杠杆31，通过加载杠杆31改变加载作用力的方向，能够利用重力实现加载；而本实施例中，加载装置30采用弹性加载装置30，依靠弹簧对试样40施加竖直向上的作用力。

本发明中一种材料耐磨性能试验方法的实施例4：

本发明中一种材料耐磨性能试验方法的实施例5：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，材料耐磨性能试验设备包括两处加载装置30，同时对各试样40在同一摩擦路径上进行试验，保证了试验条件的一致性；而本实施例中，材料耐磨性能试验设备仅设有一处加载装置30。在其他实施例中，也可以设置三处以上加载装置30。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种材料耐磨性能试验设备，包括：

摩擦转轮（10），轴线沿竖直方向延伸，用于摩擦待测试样（40）；

加载装置（30），用于对试样（40）施加载荷；

其特征在于，

所述摩擦转轮（10）具有朝下的摩擦面（11），供待测试样（40）接触；

所述加载装置（30）对试样（40）的加载作用力方向向上。

2.根据权利要求1所述的材料耐磨性能试验设备，其特征在于，所述加载装置（30）包括加载杠杆（31），加载杠杆（31）具有试样顶压端和加载端，试样顶压端用于对试样（40）施加朝上的加载作用力，所述加载端用于施加加载载荷，试样顶压端和加载端之间设有支点（35）。

3.根据权利要求2所述的材料耐磨性能试验设备，其特征在于，所述加载端设有砝码安装座（34），砝码安装座（34）用于安装砝码（32），以依靠砝码（32）的重力施加加载载荷。

4.根据权利要求2或3所述的材料耐磨性能试验设备，其特征在于，所述试样顶压端设有试样安装座（33），试样安装座（33）供试样（40）安装。

5.根据权利要求4所述的材料耐磨性能试验设备，其特征在于，所述试样安装座（33）上设有安装槽，供试样（40）以待试验表面高出试样安装座（33）的顶部端面的方式安装。

6.材料耐磨性能试验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

对试样（40）施加方向向上的加载作用力，使试样（40）与摩擦转轮（10）上朝下的摩擦面（11）接触，依靠摩擦转轮（10）对试样（40）进行耐磨性能试验。

7.根据权利要求6所述的材料耐磨性能试验方法，其特征在于，进行耐磨性能试验时，通过加载杠杆（31）对试样（40）进行加载，加载杠杆（31）具有试样顶压端和加载端，试样顶压端用于对试样（40）施加朝上的加载作用力，所述加载端用于施加加载载荷，试样顶压端和加载端之间设有支点（35）。

8.根据权利要求7所述的材料耐磨性能试验方法，其特征在于，所述加载端设有砝码安装座（34），砝码安装座（34）用于安装砝码（32），进行耐磨性能试验时，依靠砝码（32）的重力施加加载载荷。

9.根据权利要求6或7或8所述的材料耐磨性能试验方法，其特征在于，所述试样（40）安装在所述试样顶压端设置的试样安装座（33）上，所述试样（40）安装在试样安装座（33）上时，使试样（40）的待试验表面高出试样安装座（33）的顶面。

10.根据权利要求6或7或8所述的材料耐磨性能试验方法，其特征在于，所述摩擦转轮（10）采用砂轮，材料耐磨性能试验方法还包括采用砂轮修正刀对砂轮底部的摩擦面（11）进行修整的步骤。