CN209102551U - 一种成品刀具涂层耐磨性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种成品刀具涂层耐磨性能测试装置，包括进给动作机构、转动机构、测力仪以及固定安装于测力仪上的板簧力加载机构；进给动作机构包括竖直进给组件和水平进给组件，测力仪安装于水平进给组件上，板簧力加载机构包括相互固定连接的板簧组件和角度可调夹具，待测刀具夹持于角度可调夹具上，转动机构与竖直进给组件固定连接，其包括转动组件以及安装于转动组件上的摩擦盘，摩擦盘的圆柱面与待测刀具相接触形成线‑面接触摩擦副。该装置能适应成品涂层刀具涂层耐磨性能测试需求和特点，同时具有划擦速度调整范围宽、加载力可调范围大、操作简便的优点，具有很强的实用性，值得在业内推广。

Description

一种成品刀具涂层耐磨性能测试装置

技术领域

本实用新型属于摩擦磨损实验装置技术领域，具体涉及一种成品刀具涂层耐磨性能测试装置。

背景技术

涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金等基体表面上，利用气相沉积方法等涂覆薄层难熔金属或非金属化合物而制备的，涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了基体的磨损。涂层刀具一般具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦系数小和热导率低等特性，其寿命可达未涂层刀具的3～5倍以上，同时具有切削速度高、加工精度好、综合成本低的优点。

涂层的耐磨性能对于在加工过程中减少刀具的磨损有重要作用。评价涂层耐磨性能的方法是采用摩擦磨损试验机进行摩擦磨损测试，常见的摩擦磨损试验机有美国Bruker公司的CETR-UMT系列、美国GB&C公司的SRV系列和济南益华摩擦学测试技术有限公司的系列产品等，这些摩擦磨损实验机通用性较好，可以通过更换配件来实现不同的摩擦副形式(销-盘摩擦副、球-盘摩擦副等)和摩擦磨损形式(旋转式、往复式等)。针对涂层耐磨性能的摩擦磨损实验，一般是将涂层镀在较大而平整的基盘上，将镀层后的基盘与对磨材料构成摩擦副，在摩擦磨损试验机上采用常规磨损形式进行实验。然而摩擦磨损试验机价格高昂，且难以应对如成品刀具涂层耐磨性能测试等一些特殊场景的摩擦磨损需求。

对于成品涂层刀具涂层耐磨性能的测试，一方面可以判断该类型涂层在切削加工中抵抗磨损的能力；另一方面可以评估生产厂商的生产工艺水平和产品质量，同时根据磨损情况为实际切削加工的刀具选择提供指导。然而以实际加工的方法来评估耐磨性能的弊端是变量引入过多且这些变量难以单独控制，无法有针对性的对某种因素的影响进行试验，且受限于刀具形状结构的特殊性，常规摩擦磨损实验方法难以采用，于是需要开发专门的方法对成品涂层刀具涂层耐磨性能进行测试，以适应成品刀具外形结构特点并且使得主要实验参数灵活可调。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种能够适应成品刀具外形结构特点且主要实验参数灵活可调的成品刀具涂层耐磨性能测试装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种成品刀具涂层耐磨性能测试装置，包括进给动作机构、转动机构、测力仪以及固定安装于测力仪上的板簧力加载机构；所述进给动作机构包括竖直进给组件和水平进给组件，所述测力仪安装于水平进给组件上；所述板簧力加载机构包括相互固定连接的板簧组件和角度可调夹具，待测刀具夹持于角度可调夹具上；所述转动机构与竖直进给组件固定连接，其包括转动组件以及安装于转动组件上的摩擦盘，摩擦盘的圆柱面与待测刀具后刀面相接触形成线-面接触摩擦副。

优选地，所述竖直进给组件包括竖直丝杠导轨和与竖直丝杠导轨滑动连接的竖直动作台，所述水平进给组件包括水平丝杠导轨和与水平丝杠导轨滑动连接的水平动作台。

优选地，所述角度可调夹具包括固定板和活动块，所述活动块侧面开设有用于与固定板连接的圆形通孔和圆弧通孔，活动块正面还开设有用于夹持固定待测刀具的矩形槽和固定螺纹孔。

优选地，所述固定板呈T形结构，所述活动块呈长方体结构，活动块通过圆形通孔和圆弧通孔与T形固定板的竖部上螺纹孔螺纹连接。

优选地，所述板簧组件包括背板、四片弹性片以及垫片，所述垫片包括四片垫片一、两片垫片二和两片垫片三；弹性片两片一组平行设置，垫片三卡设在两片弹性片之间的一端，端部外侧还设置有垫片一，该端部与背板左/右侧边螺纹连接；固定板的左/右侧边卡设在两片弹性片之间的另一端，该端部外侧和内侧还分别设有垫片一和垫片二。

优选地，所述背板呈门字型。

优选地，所述转动组件包括转动主轴以及与转动主轴固定连接的连接轴，所述摩擦盘安装于连接轴上，所述转动主轴与竖直进给组件固定连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的成品刀具涂层耐磨性能测试装置，能够针对成品涂层刀具外形特点，借助角度可调的夹具，使得圆盘形摩擦盘的圆柱面与待测刀具后刀面形成一个线-面接触摩擦副，摩擦副接触力通过板簧力加载机构的板簧组件施加，摩擦副之间的相对滑动通过转动机构带动摩擦盘转动实现，从而模拟了车削加工过程中切削加工表面划过后刀面的过程，相比于其他形式的摩擦副更好地模拟了实际加工中的情况，总体而言，该装置能适应成品涂层刀具涂层耐磨性能测试需求和特点，同时具有划擦速度调整范围宽、加载力可调范围大、操作简便的优点，具有很强的实用性，值得在业内推广。

附图说明

图1是本实用新型成品刀具涂层耐磨性能测试装置结构示意图；

图2是本实用新型板簧组件结构示意图；

图3是本实用新型板簧组件爆炸示意图；

图4是本实用新型角度可调夹具结构示意图。

附图标记说明：1、竖直丝杠导轨；2、水平丝杠导轨；3、水平动作台；4、测力仪；5、板簧组件；6、角度可调夹具；7、待测刀具；8、摩擦盘；9、连接轴；10、转动主轴；11、竖直动作台；51、背板；52、垫片；521、垫片一；522、垫片二；523、垫片三；53、弹性片； 61、固定板；62、活动块；63、圆形通孔；64、圆弧通孔；65、矩形槽；66、固定螺纹孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明：

如图1所示，本实用新型的成品刀具涂层耐磨性能测试装置，包括进给动作机构、转动机构、测力仪4以及板簧力加载机构。

进给动作机构包括竖直进给组件和水平进给组件。竖直进给组件和水平进给组件呈 90°夹角固定安装。竖直进给组件由竖直丝杠导轨1和竖直动作台11组成，竖直动作台11与竖直丝杠导轨1滑动连接，可沿竖直丝杠导轨1在竖直方向上下移动。水平进给组件由水平丝杠导轨2和水平动作台3，水平动作台3与水平丝杠导轨2滑动连接，可沿水平丝杠导轨2在水平方向左右移动。测力仪4通过螺纹连接紧固在水平动作台3上。

转动机构包括转动组件和摩擦盘8。摩擦盘8为圆盘形。转动组件用于带动摩擦盘8转动，包括转动主轴10和连接轴9，转动主轴10与竖直动作台11固定连接。连接轴9与转动主轴10固定连接，摩擦盘8通过螺纹连接固定于连接轴9上，转动主轴10通过连接轴9 带动摩擦盘8进行转动，刀具后刀面与摩擦盘8圆柱面相接触构成线-面接触摩擦副。用千分表检测安装后摩擦盘8旋转时的径向跳动，当径向跳动过大时，采用重新装夹的方式调整径向跳动至一个较小的范围，再通过装夹后修圆的方式进一步减小径向跳动至1-2μm。

如图2-4所示，板簧力加载机构包括板簧组件5和角度可调夹具6。板簧组件5提供恒稳加载力，实现摩擦副接触力预加载，角度可调夹具6用于夹持和固定刀具。角度可调夹具6由固定板61和活动块62组成。固定板61呈T形结构，T形结构的竖部开有两个螺纹孔，用于活动块62的固定。固定板61也作为板簧组件5的一部分固定于板簧组件5上。需要说明的是，固定板61并不限定于T型结构，T型结构的竖部是为便于活动块62的固定，因此，固定板61的结构也可以为一平板结构，其上设有用于连接活动块的连接块(板)。活动块62整体呈长方体结构，其正面上开设矩形槽65，矩形槽65的上壁设有固定螺纹孔 66，待测刀具7放置于矩形槽65中并通过固定螺纹孔66固定。活动块62的侧面设有一个圆形通孔63和圆弧通孔64，螺栓穿过圆形通孔63和圆弧通孔64与前述T形固定板61竖部上的两个螺纹孔连接，从而将活动块62紧固在固定板61上。圆弧通孔64使螺栓固定角度可调整，从而实现角度可调夹具6的夹持角度可调。

板簧组件5由背板51、弹性片53以及垫片52组成。其中垫片52数量为八片，包括四片2mm厚度的垫片一521、两片4mm厚度的垫片二522、两片10mm厚度的垫片三523。弹性片53数量为四片。背板51为主体结构，整体呈门字型结构，其通过螺纹连接紧固在测力仪4上。弹性片53两片一组平行设置，垫片三523卡设在两片弹性片53之间的一端，端部外侧还设置有垫片一521，该端部与背板51左/右侧边螺纹连接。固定板61的左/右侧边卡设在两片弹性片53之间的另一端，该端部外侧和内侧还分别设有垫片一521和垫片二 522。垫片一521的作用是压住弹性片，实现更好的螺纹锁紧效果。垫片二522的作用也是压住弹性片，实现更好的螺纹锁紧效果，并且其上的螺纹孔可以代替螺母，便于装配。垫片三523主要起支撑结构作用，与固定板61相同厚度，形成两个弹性片53之间的10mm 间隔。背板51、弹性片53、垫片52以及固定板61之间均通过螺纹螺栓连接。

以下对本实用新型成品刀具涂层耐磨性能测试装置的原理和实验操作进行详细的说明，以进一步展示本实用新型的优点：

本实用新型提供的成品刀具涂层耐磨性能测试装置，通过角度可调夹具6对成品车削刀具进行夹持，并调整角度使得刀具后刀面和薄圆柱形摩擦盘8的圆柱面形成线-面接触摩擦副，摩擦盘8在转动主轴10和连接轴9的作用下旋转，进而构成能够模拟车削过程中工件加工表面划过后刀面过程的稳定摩擦副。通过板簧力加载机构、测力仪4、水平方向动作台、水平丝杠导轨2机构的组合，实现摩擦副接触力的预加载，并通过调整板簧组件5中弹性片53的不同弯曲程度和观察测力仪4读数来提供不同摩擦副预接触力，启动转动主轴带动摩擦盘转动，再测量和记录在实验过程中的旋转切向的摩擦力，进而计算得到摩擦副的摩擦系数。具体的，水平丝杠导轨2带动水平动作台3运动使得夹持在角度可调夹具6 上的待测刀具7后刀面与摩擦盘8相接触时，弹性片53也开始产生弹性变形，水平动作台 3继续移动，弹性片53的变形幅度增大，接触力也就随之增加。由于板簧组件5固定在测力仪4上，测力仪4又固定在水平动作台3上，测力仪4便能测量读取板簧组件5上由弹性片53变形所施加的摩擦副接触力，通过调整进给动作机构运动使弹性片53产生合适的变形量，就可以控制适当的摩擦副加载力。在摩擦副相接触且摩擦盘8转动时，待测刀具7 与旋转的摩擦盘8的接触位置产生一个方向为转动切向的摩擦力，测力仪4同时测量和记录这个切向力，根据摩擦系数计算公式(公式(1))，可求得该摩擦副的摩擦系数：

μ＝F/N(1)

式中μ为摩擦系数，F为摩擦力，N为摩擦副加载力。

实验时，通过竖直丝杠导轨1和水平丝杠导轨2移动竖直动作台11、水平动作台3，将摩擦盘8圆柱面与待测刀具7后刀面的相对位置调整至适当，使摩擦盘8圆柱面尽可能靠近夹持后的待测刀具7后刀面，目视观察圆柱面母线与待测刀具7后刀面是否平行，若不平行，则调整角度可调夹具6可动部分的倾斜角度，直至母线与待测刀具7后刀面平行并形成线-面接触副。通过水平丝杠导轨2移动水平动作台3，使夹持后的待测刀具7不断向摩擦盘8靠近，使得板簧组件5上的弹性片53产生弹性变形，也就意味着摩擦副之间开始有了接触力，继续缓慢靠近，观察测力仪4读数，当测力仪4读数达到预定加载力时停止靠近并观察读数是否稳定。配置测力仪4的测量参数，检查各连接位置是否紧固牢固，设定转动主轴10的转动速度和转动圈数，检查无误，开始摩擦磨损试验。

整体而言，本实用新型提供的成品刀具涂层耐磨性能测试装置，是一种针对成品涂层刀具涂层耐磨性能测试的高速摩擦磨损试验装置，该装置能够适应成品刀具外形结构特点，使得刀具后刀面与薄圆柱形摩擦盘8的圆柱面形成线-面接触摩擦副，并通过摩擦盘8的转动实现高速划擦，模拟了实际车削过程中工件加工表面划过刀具后刀面的过程，并通过测力仪4在实验过程中测量、记录加载力和摩擦力来求得摩擦副的摩擦系数，该装置具有适应成品刀具外形结构、划擦速度调整范围宽、加载力可调范围大、操作简便的优点。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种成品刀具涂层耐磨性能测试装置，其特征在于：包括进给动作机构、转动机构、测力仪(4)以及固定安装于测力仪(4)上的板簧力加载机构；所述进给动作机构包括竖直进给组件和水平进给组件，所述测力仪(4)安装于水平进给组件上；所述板簧力加载机构包括相互固定连接的板簧组件(5)和角度可调夹具(6)，待测刀具(7)夹持于角度可调夹具(6)上；所述转动机构与竖直进给组件固定连接，其包括转动组件以及安装于转动组件上的摩擦盘(8)，摩擦盘(8)的圆柱面与待测刀具(7)后刀面相接触形成线-面接触摩擦副。

2.根据权利要求1所述的成品刀具涂层耐磨性能测试装置，其特征在于：所述竖直进给组件包括竖直丝杠导轨(1)和与竖直丝杠导轨(1)滑动连接的竖直动作台(11)，所述水平进给组件包括水平丝杠导轨(2)和与水平丝杠导轨(2)滑动连接的水平动作台(3)。

3.根据权利要求1所述的成品刀具涂层耐磨性能测试装置，其特征在于：所述角度可调夹具(6)包括固定板(61)和活动块(62)，所述活动块(62)侧面开设有用于与固定板(61)连接的圆形通孔(63)和圆弧通孔(64)，活动块(62)正面还开设有用于夹持/固定待测刀具(7)的矩形槽(65)和固定螺纹孔(66)。

4.根据权利要求3所述的成品刀具涂层耐磨性能测试装置，其特征在于：所述固定板(61)呈T形结构，所述活动块(62)呈长方体结构，活动块(62)通过圆形通孔(63)和圆弧通孔(64)与T形固定板(61)竖部上的螺纹孔螺纹连接。

5.根据权利要求3所述的成品刀具涂层耐磨性能测试装置，其特征在于：所述板簧组件(5)包括背板(51)、四片弹性片(53)以及垫片(52)，所述垫片(52)包括四片垫片一(521)、两片垫片二(522)和两片垫片三(523)；弹性片(53)两片一组平行设置，垫片三(523)卡设在两片弹性片(53)之间的一端，端部外侧还设置有垫片一(521)，该端部与背板(51)左/右侧边螺纹连接；固定板(61)的左/右侧边卡设在两片弹性片(53)之间的另一端，该端部外侧和内侧还分别螺纹连接有垫片一(521)和垫片二(522)。

6.根据权利要求5所述的成品刀具涂层耐磨性能测试装置，其特征在于：所述背板(51)呈门字型。

7.根据权利要求1所述的成品刀具涂层耐磨性能测试装置，其特征在于：所述转动组件包括转动主轴(10)以及与转动主轴(10)固定连接的连接轴(9)，所述摩擦盘(8)安装于连接轴(9)上，所述转动主轴(10)与竖直进给组件固定连接。