CN1281939C - 一种平面往复式磨料磨损试验装置 - Google Patents

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本发明提供了一种平面磨床改制的往复式磨料磨损试验装置，将平面磨床砂轮(1)、主轴(2)、卡盘(3)卸下；装配上端盖(5)、配重(6)、外筒(7)、X-Y函数记录仪(8)、弹簧(9)、垫片(11、13、14)，传感器(12)、下端盖(15)、砂布(16)。本发明的优点在于：扩大了设备的使用功能，可以用作磨料磨损的试验检测；并具有磨损实验结果可靠性高、重复性好以及与磨床砂轮互换性好等特点。

Description

一种平面往复式磨料磨损试验装置
技术领域
本发明属于摩擦磨损试验装置技术领域，特别是提供了一种平面磨床改制的往复式磨料磨损试验装置，扩展了设备的功能。
背景技术
磨损是金属零件失效的三种主要原因(磨损、腐蚀和疲劳)之一。据不完全统计，能源的1/3至1/2消耗于摩擦与磨损。对材料而言，约80％的零件失效是由磨损引起的。
磨损的分类方法众多。按磨损机理不同可分为：磨料磨损，粘着磨损，腐蚀磨损，接触疲劳磨损，冲蚀磨损，微动磨损和冲击磨损等。其中，磨料磨损造成的经济损失占磨损总量的50％以上。磨料磨损一般是指硬的磨粒或凸出物在与零件表面作相对运动时使零件表面材料耗失的一种磨损方式。各种机械，特别是矿山、农业、建筑、工程、冶金和铸造机械等，都存在不同程度的磨料磨损。磨料磨损不仅消耗能源、浪费材料，而且因磨损更换零部件时修理、停工所消耗的人力和物力以及降低劳动生产率等更为严重。
金属的磨料磨损，有时可在工况条件下进行实物试验，以便取得一线有用的数据。但实物试验一般周期都很长，经济上不合算。在试验室里进行磨损试验，通常周期短，还能尽量地模拟工况条件而选用较合适的磨损试验机。这对选择金属耐磨材料、研究磨损机理极为有利。然而，由于没有通用的磨料磨损试验标准使得国内外研制的相关设备型式多样。
实际上，根据磨料磨损试验过程中磨料的运动状态大致可将磨料磨损试验机分为四种类型：
1.磨料自由落入并夹在试样和另一物体之间。试样可固定，由另一物体运动，也可以是试样运动而另一物体固定。
2.磨料固定，试样在磨料上滑动。
3.磨料和试样放在一个圆筒内，圆筒转动时，试样与磨料自由接触；或者将磨料放在一个容器内，试样装在夹具中，由夹具带动试样，在磨料中运动。
4.以气流或液流带动磨料冲击试样。
以前二种类型为基础研制的磨料磨损试验机可归纳为固定磨料磨损试验机，根据第三种类型研制的磨料磨损试验机可归纳为自由磨料磨损试验机。根据第四种类型研制的磨料磨损试验机可归纳为冲蚀磨损试验机。比较而言，固定磨料磨损试验机数量居多。
固定磨料磨损试验机的设计和选用依据是根据磨损过程中的显微切削这一重要因素来决定的。在载荷作用下，试样表面与固定磨粒相接触，当试样以一定的速度运行时，其中有些磨粒的取向有利于切削，对试样表面产生显微切削作用；另一些磨粒可能在试样表面起挤压作用，造成塑性变形，经过多次反复作用，也会导致表面发生微粒剥离，造成材料的磨损。固定磨料磨损试验机目前大多采用销盘式和销带式方式。根据试验条件不同，可以选用不同磨料和不同磨料粒度的砂纸或砂布。表1列出了世界上主要发达国家研制的一些固定磨料磨损试验机的关键试验参数(中国农机科学院工艺材料所磨料磨损组，国外磨料磨损实验机的发展(一)，摩擦磨损，2，1980：1)。
               表1 一些固定磨料磨损试验机的主要试验参数
  摩擦条件 砂纸(布)的磨料组成
  磨盘转速(转/分)   滑动速度(米/秒)   行程(米)   单位载荷(公斤/厘米2)
  /   平均0.19   16   /   金刚砂
  60   0.1-0.68   15   9.55   人造氧化铝等
往复运动 0.25 147 1   80号粒度各种磨料
往复运动 0.032-2.5 2.5-6 0.5-0.6   35-750微米的各种磨料
  20   ≤0.2625   3.15或5.16   500克   180目各种磨料
往复运动   可变，最高4.25 12.8 通常6.81公斤   80微米粒度各种磨料
I往复运动II往复运动 /   224 2公斤   200目(70微米)氧化铝
国内近年来在研发固定磨料磨损试验机方面也有了长足的进步。但由于种种原因，试验机成本居高不下。因此，在不影响现有机床设备正常使用的前提下，通过简单的零配件换装技术，研发可用于磨料磨损检测的试验装置意义重大。
磨床是金属切削机床的一种。在数种磨床，如外圆磨床、无心磨床、端面外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、导轨磨床和专门化磨床中，平面磨床因其工作台可作纵向往复运动，砂轮可作横进给及垂直进给运动而适于用作往复式磨料磨损试验机的替代装置。试验时，首先卸下砂轮罩壳盖，用套筒扳手拆卸螺母。然后取下垫圈，按顺时针方向旋转拔头，将砂轮从主轴上拆下(图1)。卸下砂轮后，在磨头架1上装上试样的附件。砂布放于电磁吸盘台面上，通过四周的角钢或扁钢以及电磁力固紧。试样在砂布上的滑行距离可通过磨床行程挡铁定位。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种平面往复式磨料磨损试验装置，扩大了设备的使用功能。
本发明是将平面磨床的砂轮1、主轴2、卡盘3卸下，装配上端盖5、配重6、外筒7、X-Y函数记录仪8、弹簧9、垫片11、13、14，传感器12、下端盖15、砂布16构成。
本发明的优点在于：扩大了装置的功能，可以用作磨料磨损的试验检测；并具有磨损实验结果可靠性高、重复性好以及与磨床砂轮互换性好等特点。
附图说明：
图1为平面磨床的砂轮及其周边零件装配示意图。其中，砂轮1、主轴2、卡盘3。
图2为本发明由平面磨床改制的往复式磨料磨损试验装置实物图。在一定范围内，该装置可以改变相关磨损参数，例如：(1)负荷可在0.5-1.5公斤内变动；(2)磨料磨损行程每道次可滑行100-200毫米，道次总量取决于试样直径，砂布宽度为100-180毫米；(3)根据试验需要，可以任意选择碳化硅、刚玉、石英砂等磨料。粒度可以选择为100-200目的磨料；(4)试样直径可以选择为3-8毫米；(5)试样在磨料上的滑动速度可以选择为0.5-1米/分钟。另外，可在试样上部装一传感器，连接一部X-Y函数记录仪(如图所示)，用以检测试样磨损实验过程中的受力情况。
图3为本发明的平面往复式磨料磨损试验装置及运动过程示意图。
图3(a)为本发明的一种结构示意图。其中，上端盖5、配重6、外筒7、X-Y函数记录仪8、弹簧9、垫片11、13、14，传感器12、下端盖15。显示试样上部由配重加压。视试验需要，可加装一传感器，并连接一部X-Y函数记录仪，用以检测试样磨损实验过程中的受力情况。
图3(b)为本发明的一种运动过程示意图。
图4(a)(b)为由本发明试验装置磨损后的试样表面形貌照片。图4(a)为本发明具体实施方式中的5号试样；图4(b)为本发明具体实施方式中的8号试样。可见，8号试样由于性能(包括硬度)优于5号试样(表2)，因此，磨损表面磨痕相对细腻，切削沟槽浅且窄，纹理轮廓比较光滑，推挤变形金属量比5号试样也相应减少。
具体实施方式
选用中碳低合金铸钢作为试验材料。材料实测化学成分列于表2。试样热处理制度为：850℃保温60分钟后水淬，再经530℃保温60分钟回火。
                     表2 材料实测化学成分(重量％)和硬度
编号   化学成分(重量％) HB
  C   Si   Mn   Cr   P   S
  0   0.35   0.36   1.2   /   0.039   0.020   /
  1   0.32   0.37   0.83   0.57   0.026   0.022   256
  2   0.34   0.61   0.92   0.64   0.023   0.030   244
  3   0.33   0.74   1.13   0.79   0.028   0.021   290
  4   0.37   0.33   1.12   0.92   0.029   0.023   292
  5   0.35   0.63   1.12   0.64   0.024   0.022   296
  6   0.36   0.73   0.88   0.77   0.024   0.020   275
  7   0.40   0.36   1.30   0.74   0.021   0.025   298
  8   0.41   0.50   0.79   0.84   0.023   0.024   314
  9   0.35   0.82   1.12   0.62   0.025   0.027   335
试验时固定载荷为0.5-1.5公斤，试样单行程为100-200毫米，每一行程后对直径为3-8毫米的试样在行程的垂线方向进给4-9毫米，以保证销试样总是与新鲜磨料相接触。摩擦总行程为3-4米。采用100-200目的砂布固定在工作台面上作磨料。
作为对比，部分试样在市售的ML-10销盘式磨料磨损试验机上进行了磨损试验。试验参数为：销试样直径4毫米；磨盘转速60转/分钟；试样进给量4毫米/转，施加于试样的载荷为2.6公斤；使用180目(平均粒径80微米)氧化铝砂布固定在盘上作磨料；摩擦行程为9米。
标准试样采用ZG35Mn，相对耐磨性系数为标样线磨损与待测试样线磨损之比。所有试样均经跑合后进行测量，以减少实验的误差。多次试验结果表明，由平面磨床改制的往复式磨料磨损试验装置具有磨损实验结果可靠性高、重复性好以及与磨床砂轮互换性好等特点，可以用作磨料磨损的试验检测装置。
具体实施例(为方便比较，实施例1---实施例6实验条件恒定)
实施例1
0号试样直径为6.25毫米；试样单行程为200毫米；施加于试样的载荷为1.12公斤；每一行程后试样在行程的垂线方向进给7毫米；采用180目的棕刚玉砂布固定在工作台面上作磨料。相对耐磨性系数为1。
实施例2
1号试样直径为6.25毫米；试样单行程为200毫米；施加于试样的载荷为1.12公斤；每一行程后试样在行程的垂线方向进给7毫米；采用180目的棕刚玉砂布固定在工作台面上作磨料。相对耐磨性系数为1.014。
实施例3
3号试样直径为6.25毫米；试样单行程为200毫米；施加于试样的载荷为1.12公斤；每一行程后试样在行程的垂线方向进给7毫米；采用180目的棕刚玉砂布固定在工作台面上作磨料。相对耐磨性系数为1.014。用ML-10销盘式磨料磨损试验机对比测试时，相对耐磨性系数为1.096。
实施例4
5号试样直径为6.25毫米；试样单行程为200毫米；施加于试样的载荷为1.12公斤；每一行程后试样在行程的垂线方向进给7毫米；采用180目的棕刚玉砂布固定在工作台面上作磨料。相对耐磨性系数为1.124。
实施例5
7号试样直径为6.25毫米；试样单行程为200毫米；施加于试样的载荷为1.12公斤；每一行程后试样在行程的垂线方向进给7毫米；采用180目的棕刚玉砂布固定在工作台面上作磨料。相对耐磨性系数为1.183。用ML-10销盘式磨料磨损试验机对比测试时，相对耐磨性系数为1.261。
实施例6
8号试样直径为6.25毫米；试样单行程为200毫米；施加于试样的载荷为1.12公斤；每一行程后试样在行程的垂线方向进给7毫米；采用180目的棕刚玉砂布固定在工作台面上作磨料。相对耐磨性系数为1.217。用ML-10销盘式磨料磨损试验机对比测试时，相对耐磨性系数为1.307。
实施例7
2号试样直径为3.5毫米；试样单行程为120毫米；施加于试样的载荷为0.72公斤；每一行程后试样在行程的垂线方向进给4毫米；采用200目的氧化铝砂布固定在工作台面上作磨料。相对耐磨性系数为0.863。
实施例8
4号试样直径为5.75毫米；试样单行程为160毫米；施加于试样的载荷为0.9公斤；每一行程后试样在行程的垂线方向进给7毫米；采用160目的氧化铝砂布固定在工作台面上作磨料。相对耐磨性系数为1.108。
实施例9
9号试样直径为8毫米；试样单行程为140毫米；施加于试样的载荷为1.4公斤；每一行程后试样在行程的垂线方向进给9毫米；采用180目的棕刚玉砂布固定在工作台面上作磨料。相对耐磨性系数为1.486。

Claims (1)

1、一种平面往复式磨料磨损试验装置，其特征在于：将平面磨床的砂轮(1)、主轴(2)、卡盘(3)卸下；装配上端盖(5)、配重(6)、外筒(7)、X-Y函数记录仪(8)、弹簧(9)、垫片(11、13、14)，传感器(12)、下端盖(15)、砂布(16)构成；试验时固定载荷为0.5-1.5公斤，试样单行程为100-200毫米，每一行程后对直径为3-8毫米的试样在行程的垂线方向进给4-9毫米，以保证销试样总是与新鲜磨料相接触；摩擦总行程为3-4米；采用100-200目的砂布固定在工作台面上作磨料。
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