一種試樣表面晶粒具有擇優取向的滑動磨損試驗裝置及計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及機械加工領域，具體涉及一種試樣表面晶粒具有擇優取向的滑動磨損 試驗裝置及計算方法。
【背景技術】
[0002] 摩擦磨損試驗機最常用的磨損方式為旋轉盤式，即上部試樣銷子壓在下部對磨盤 上進行摩擦磨損試驗，例如MPX - 2000型摩擦磨損試驗機，旋轉盤式磨損方式下，銷試樣偏 心安裝在上部轉動軸上，在電機驅動下旋轉盤作勻速圓周運動，銷試樣與對偶盤之間的正 壓力依靠標定質量的砝碼下壓或上頂來實現，在這樣的試驗過程中會產生大量的熱量無法 散熱，從而會影響測試數據的準確性，在申請號201220434895. 6的實用新型專利中，雖然 設計發明了一種旋轉盤式摩擦磨損試驗機的冷卻式卡具，通過冷卻液的方式對試驗旋轉盤 進行散熱，但是其不能根據旋轉盤試驗溫度調節其內部的冷卻液流量，同時，該方案是通過 卡具在旋轉盤側壁進行降溫，不能達到最優效果。
[0003] 現有技術中，對于旋轉盤式的摩擦磨損試驗機多采用砝碼式的載荷，對試驗品進 行單一測試，對于測試過程中所產生的不能有很好的比對效果，從而不能排除在試驗過程 中的外界干擾因素。
【發明內容】
[0004] 本發明設計開發了一種試樣表面晶粒具有擇優取向的滑動磨損試驗裝置，其目的 之一是解決現有技術中測試只能單一進行，不能同步將試驗品及標準品進行比對試驗，以 排除外界干擾因素的問題。
[0005] 本發明裝置的目的之二是解決現有技術中，摩擦試驗進行的過程中旋轉盤熱量散 熱不及時，并且散熱過程中不可控的問題。
[0006] 本發明還提供了一種試樣表面晶粒具有擇優取向的滑動磨損試驗計算方法，其目 的是解決由于測試過程中外界環境干擾使測試計算結果不準確的問題。
[0007] 本發明具有試驗品安裝拆卸方便，試驗操作靈活可控，可選擇性的進行單一試驗 或同步對比試驗，同時試驗結果計算過程排除外界因素干擾，冷卻液流動量可靈活調節等 特點。
[0008] 本發明提供的技術方案為：
[0009] -種試樣表面晶粒具有擇優取向的滑動磨損試驗裝置，包括：
[0010] 旋轉盤；
[0011] 標準品銷試樣，其與標準品液壓缸相連；所述標準品液壓缸能夠選擇性的驅動所 述標準品銷試樣接觸所述旋轉盤表面；以及
[0012] 試驗品銷試樣，其與試驗品液壓缸相連；所述試驗品液壓缸能夠選擇性的驅動所 述試驗品銷試樣接觸所述旋轉盤表面；
[0013] 電機，用于驅動所述旋轉盤旋轉；
[0014] 其中，所述試驗品液壓缸和所述標準品液壓缸內活塞承壓面積相等，所述試驗品 液壓缸和所述標準品液壓缸連通，并且由同一油栗驅動。
[0015] 優選的是，冷卻夾板，其具有凹槽，所述旋轉盤設置在凹槽內；所述冷卻夾板的板 壁為空腔結構，內部填充冷卻液；以及
[0016] 溫度傳感器，其安裝在所述旋轉盤中心處，能夠監測旋轉盤溫度；
[0017] 所述冷卻夾板的板壁還包括進液口及出液口，所述進液口處安裝流量閥，所述流 量閥及所述溫度傳感器還分別與流量控制器相連，所述流量控制器通過監測所述旋轉盤溫 度調節所述流量閥控制冷卻液流量。
[0018] 優選的是，還包括：油壓控制器，其分別與油壓檢測器及油栗相連，所述油壓控制 器控制所述油栗調節進油量，進而控制所述試驗裝置試驗載荷。
[0019] 優選的是，所述試驗品為柱狀晶銅，其通過熱乳連鑄方法制備，直徑為5mm~ 10mm〇
[0020] 優選的是，所述柱狀晶銅的軸向面和徑向面作為試驗的摩擦表面，其晶粒取向相 應的平行和垂直于接觸界面。
[0021] 優選的是，所述標準品液壓缸進油孔處還設置有截止閥。
[0022] -種試樣表面晶粒具有擇優取向的滑動磨損試驗計算方法，包括如下步驟：
[0023] 步驟一：將試驗品及標準品通過金屬粘結劑分別與銅圓柱相粘結組成試驗品銷試 樣及標準品銷試樣，分別稱量所述試驗品銷試樣質量及所述標準品銷試樣質量；
[0024] 步驟二：將所述試驗品銷試樣及所述標準品銷試樣分別與活塞下端相配合連接；
[0025] 步驟三：開啟油栗，控制液壓缸壓力，待壓力平穩后使旋轉盤旋轉；驅動冷卻液對 旋轉盤進行冷卻；
[0026] 步驟四：稱量所述試驗品銷試樣及所述標準品銷試樣質量，分別 計算磨損率，分別得到所述試驗品銷試樣絕對磨損率A 1及所述標準品銷試 樣絕對磨損率A2，再通過所述標準品銷試樣絕對磨損率^及經驗校正公式
計算得到所述試 驗品銷試樣相對磨損率A';其中，S為銷試樣與旋轉盤相對滑動距離，F為載荷，f為試驗 品摩擦系數，η為電機轉數，T。為旋轉盤平均溫度，t為測試時間。
[0027] 優選的是，所述步驟一中，所述試驗品銷試樣及所述標準品銷試樣稱量前在無水 乙醇溶液中超聲處理，干燥后再稱量。
[0028] 優選的是，所述步驟四中，通過公式
計算所述試驗品銷試樣絕對 磨損率A1及所述標準品銷試樣絕對磨損率A2，其中，AW為銷試樣試驗前后質量差值，P為 試驗品的密度，S為銷試樣與旋轉盤相對滑動距離，F為載荷。
[0029] 優選的是，冷卻液流量根據公式Q = 0. 1312ea°°1T進行調節；其中，e為自然對數的 底數，T為旋轉盤溫度。
[0030] 本發明與現有技術相比較所具有的有益效果：
[0031] 1、本發明能夠單獨對試驗品進行測試，或者同時將試驗品及標準品進行同步測 試，根據銷試樣相對滑動距離、對銷試樣施加載荷、試驗品摩擦系數、發動機轉數、旋轉盤平 均溫度及測試時間對試驗品的磨損率進行校正，能夠得到相對標準品的相對磨損率進而去 除干擾因素對測試結果的影響；同時，在選取標準品時更具有靈活性，能夠根據需求進行對 比試驗；
[0032] 2、本發明還能夠通過與確定的標準品進行比對，制定合適的相對磨損率范圍，篩 選出符合規格的試驗品；
[0033] 3、通過循環冷卻裝置的設置，通過控制冷卻裝置中的冷卻液流量使旋轉盤在試驗 過程中能夠及時散熱，使其試驗溫度穩定，提高測試的準確性；
[0034] 4、由于在接觸應力及剪切應力的作用下，金屬及其合金在干滑動磨損時，接觸表 面發生不同程度的塑性變形，同時這種強烈的塑性變形可以使摩擦表面形成一定取向的結 構，這種表面取向結構對材料的摩擦磨損性能會產生很大的影響，研究人員一般以單晶材 料為研究對象來確定晶粒取向，材料要求高，晶面、晶向指數確定復雜，不易于操作，所以本 發明選取了柱狀晶銅的軸向面和徑向面作為摩擦接觸面來研究晶粒取向對銅摩擦層及摩 擦磨損性能的影響；同時，在選取未知不同晶面及晶向指數的材料時，可以在排除其他干擾 因素的情況下與已知確定的晶面及晶向指數的材料進行同步試驗進行比對分析，通過相對 磨損率的計算，能夠得到更具可靠性及可分析性數據。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發明所述的結構示意圖。
[0036] 圖2為旋轉盤式試驗機工作原理圖。
[0037] 圖3為晶粒水平取向的銷試樣的制備。
[0038] 圖4為晶粒垂直取向的銷試樣的制備。
【具體實施方式】
[0039] 下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文 字能夠據以實施。
[0040] 如圖1所示，本發明提供了一種試樣表面晶粒具有擇優取向的滑動磨損試驗裝 置，包括：旋轉盤130、試驗品銷試樣125及標準品銷試樣126,旋轉盤130為退火態的45# 鋼，同時，由于試驗品201及標準品202長度有限，不便于在銷夾具上的固定，因此需要將試 驗品201及標準品202 -端面用砂紙磨平后與純銅圓柱通過金屬粘結劑粘接得到試驗品銷 試樣125及標準品銷試樣126 ;電機110,其能夠通過同步帶111驅動中空主軸140,從而帶 動旋轉盤130旋轉，采用這種電機110通過同步帶111帶動中空主軸140的方式，可以緩和 載荷沖擊而且運行平穩，無噪聲，并且同步帶111傳動無彈性滑動和打滑，效率高而且能保 持準確的傳動比，也就是能保持中空主軸140以某一速度穩定地轉動，從而保證了中空主 軸140和電機110之間的熱影響很小，同時，中空主軸140采用推力球141軸承進行固定， 通過此種固定方式，使其能夠更好的承受在中空主軸140旋轉時的軸向力；液壓缸分為試 驗品液壓缸121及標準品液壓缸122,設計要求試驗品液壓缸活塞123及標準品液壓缸活塞 124承壓面積相等，進而使其受到的力相等，并且試驗品液壓缸121及標準品液壓缸122連 通，由同一油栗152驅動試驗，從而保證了輸油管路的一致性，在進行試驗的過程中使試驗 品銷試樣125及標準品銷試樣126承受相等的載荷，試驗品液壓缸活塞123及標準品液壓 缸活塞124下端分別通過銷夾具固定連接試驗品銷試樣125及標準品銷試樣126,試驗品液 壓缸121能夠選擇性的驅動試驗品銷試樣125接觸旋轉盤130表面，標準品液壓缸122能 夠選擇性的驅動標準品銷試樣126接觸旋轉盤130表面，試驗品液壓缸121及標準品液壓 缸122的進油孔分別通過同一油壓檢測器151與油栗152相連，油壓檢測器151及油栗152 還分別與油壓控制器161相連，油壓控制器161通過油壓檢測器151控制油栗152調節進 油量，進而控制試驗裝置中試驗品銷試樣125及標準品銷試樣126的試驗載荷；在標準品液 壓缸122進油孔處還設置有截止閥180,通過截止閥180的設置使本發明裝置不局限于同時 進行對比試驗測試，也能夠進行單一的試驗品的試驗測試，使得本裝置在試驗選擇上很具 有靈活性；在本裝置中還包括溫度傳感器170,其安裝在旋轉盤130中心處，能夠監測試驗 過程中旋轉盤130溫度，并且能夠得到試驗過程中旋轉盤的平均溫度；
[0041] 在另一種實施例中，還包括：冷卻夾板131，其具有凹槽，冷卻