一種金剛石刀具預修有色金屬摩擦副的高速摩擦測試方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于摩擦學測試及精密與超精密加工領域，具體設及一種金剛石刀具預修 有色金屬摩擦副的高速摩擦測試方法。
【背景技術】
[0002] 摩擦磨損發生在高速旋轉機械、材料切削加工、機構往復運動等場合，摩擦系數及 磨損歷程對于零件材料的選擇、結構設計、冷卻潤滑方式的選擇等方面具有重要意義。其中 高速摩擦磨損又有著和一般摩擦磨損不同的特征:①高速(線速度大于15m/s)產生的慣性 力會影響潤滑油的附著能力，將潤滑油從摩擦區域擠出或甩出，造成摩擦系數的增大;②高 速摩擦伴隨著實際接觸點的劇烈塑性變形，從而增加了接觸點處的材料流動，減小了剪切 阻力，進而減小了摩擦系數;③高速摩擦中實際接觸點處的塑性變形導致了熱量的產生和 溫度的上升，增加了摩擦副之間的化學親和作用，從而增加了摩擦系數。鑒于高速摩擦物理 過程的復雜性，高速摩擦磨損已經成為當前學術界研究的熱點問題。
[0003] -般摩擦磨損的測試包括球盤、銷盤、盤盤、四球等各種摩擦方法及其相關摩擦磨 損試驗機中，摩擦副在摩擦初期產生磨合作用，經過一段時間后摩擦狀態達到穩定，進入穩 定磨損階段，此時儀器測量摩擦副的相對位移、摩擦力等物理量，計算出摩擦系數和磨損 率。對于高速摩擦現有的試驗方法存在W下問題:①高速過程中摩擦副實現磨合過程的條 件較為苛刻，甚至不會出現穩定磨損階段而直接到達嚴重磨損階段;②高速摩擦過程的對 磨工具磨損嚴重，即使達到了穩定磨損階段，對磨工具的幾何形狀也已經發生了明顯的改 變，影響了測試的精度和準確性;③高速摩擦中高速旋轉所產生的巨大慣性力嚴重影響了 摩擦測試的精度。因為上述問題的限制，現有的商業摩擦磨損試驗機的最高轉速水平大概 在5000巧m(直徑50mm的摩擦盤），線速度約合7.87m/s，難W達到高速摩擦的測試要求。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供了一種金剛石刀具預修有色金 屬摩擦副的高速摩擦測試方法，旨在減少磨合過程，利用金剛石刀具對有色金屬摩擦盤進 行在線修盤，保證摩擦副的形狀精度和相對位置精度，同時通過動平衡增加摩擦過程的穩 定性，力反饋裝置可保證摩擦測試過程中對磨工具與摩擦盤間的壓力恒定，從而實現高速 摩擦測試。
[0005] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0006] -種金剛石刀具預修有色金屬摩擦副的摩擦測試方法，包括：
[0007] 1)將有色金屬摩擦盤固定在電主軸上，摩擦盤可通過電主軸旋轉;對該摩擦盤進 行在線動平衡；
[000引2)采用金剛石單點刀具對該摩擦盤進行修盤，W在摩擦盤表面形成端面跳動量優 于IT1級，表面平均粗糖度Ra優于5nm的修盤區域，具體步驟如下：
[0009] 2-1)聚晶金剛石單點車刀修盤：立式車削模式，摩擦盤的轉速范圍為2000~ lOOOOrpm，聚晶金剛石單點車刀從摩擦盤外側WlO~50WI1的切深沿摩擦盤徑向進給，進給 速度范圍為0.4~1.2mm/s，進給距離為摩擦盤直徑的1/4~1/2;
[0010] 2-2)單晶金剛石單點車刀修盤：立式車削模式，摩擦盤的轉速范圍為2000~ 1000化pm，單晶金剛石單點車刀從摩擦盤外側W 2~10皿的切深沿摩擦盤徑向進給，進給速 度范圍為0.1~〇.3mm/s，進給距離為摩擦盤直徑的1/4~1/2;
[0011] 3)將對磨工具裝夾在連有力反饋裝置的夾具上；
[0012] 4)進行摩擦測試:根據需測試的劃擦速度V和修盤區域內測試點所在的測試點半 徑R，通過
十算摩擦盤的設定轉速η;摩擦盤按照設定轉速η轉動，將對磨工具移至 測試點正上方，并下移與摩擦盤接觸，直至摩擦盤與對磨工具間壓力達到測試設定值，進行 摩擦測試;測試過程中通過力反饋裝置保證對磨工具與摩擦盤間壓力保持恒定在測試設定 值，同時通過測量系統采集劃擦過程中的數據。
[0013] -實施例中:所述對磨工具為摩擦球或摩擦銷。
[0014] -實施例中:所述摩擦盤為圓盤形。
[0015] 一實施例中：所述測量系統為測力和聲發射系統，包括相互信號連接的測力儀、聲 發射系統、數據采集卡和信號放大器;所述對磨工具與測力儀和聲發射系統相連接。
[0016] 一實施例中：所述測力儀的固有頻率高于鉛化，測力精度優于0.01Ν。
[0017] -實施例中:所述數據采集卡的采樣速度高于2M/S。
[0018] -實施例中：所述步驟2)中，修盤時金剛石單點刀具的進給距離小于摩擦盤半徑， 所述修盤區域為圓環形。
[0019] 除有說明外，本發明所設及的各裝置的單一處理過程W及各裝置間的連接方式均 為本領域常規技術，在此不加 W詳細描述。
[0020] 本技術方案與【背景技術】相比，它具有如下優點：
[0021] 本發明的測試方法通過動平衡避免了摩擦盤高速旋轉過程中的大幅端面跳動或 徑向跳動，從而增加摩擦過程的穩定性；同時，利用單點金剛石超精密加工技術對摩擦盤進 行在線加工，保證摩擦副的形狀精度和相對位置精度，從而保證了摩擦副的相對運動精度， 減少摩擦副的磨合過程，降低磨損;再配合力反饋裝置保證摩擦測試過程中對磨工具與摩 擦盤間的壓力恒定，進一步保證了測試的精度和準確性，能夠實現高速摩擦測試。
【附圖說明】
[0022] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0023] 圖1為本發明的測試方法原理示意圖。
[0024] 圖2為本發明的修盤過程原理示意圖。
[0025] 圖3為本發明實施例1中修盤前后摩擦盤表面Ξ維形貌的對比，其中圖3a為修盤前 (經常規精車工藝加工），圖3b為修盤后。
[0026] 圖4為本發明實施例1中修盤前后摩擦盤表面端面跳動量的對比，其中圖4a為修盤 前(經常規精車工藝加工），其端面跳動量最大值可達17.7皿;圖4b為修盤后，其端面跳動量 最大值為2.9μπι。
[0027] 圖5為本發明實施例2中得到的摩擦系數曲線，其中橫坐標為摩擦時間，縱坐標為 摩擦系數。
[0028] 圖6為本發明對比例中得到的摩擦系數曲線，其中橫坐標為摩擦時間，縱坐標為摩 擦系數。
[0029] 附圖標記:摩擦盤1，摩擦球2,修盤區域3,夾具4,力反饋裝置5,金剛石車刀，6。
【具體實施方式】
[0030] 下面通過實施例具體說明本發明的內容：
[0031] 實施例1
[0032] -種金剛石刀具預修有色金屬摩擦副的高速摩擦測試方法，所采用的裝置包括：
[0033] 機床，圓盤形有色金屬摩擦盤1裝接在機床的電主軸上，且摩擦盤1可通過電主軸 旋轉；
[0034] 動平衡儀，用于對摩擦盤1進行在線動平衡；
[0035] 金剛石單點刀具，為金剛石車刀6,具體是聚晶金剛石(PCD)單點車刀和單晶金剛 石(ND)單點車刀，用于對摩擦盤1端面進行修盤;該金剛石車刀6可裝拆地裝接在支架，并通 過支架可移動地裝接在機床；
[0036] 對磨工具，為摩擦球或摩擦銷，裝夾在連有力反饋裝置5的夾具4上;該夾具4可裝 拆地裝接在支架，并通過支架可移動地裝接在機床;對磨工具可W通過夾具4和支架在摩擦 盤1旋轉的軸向方向和徑向方向上移動，且在兩個方向的定位精度越高越好，最好優于0.化 m;該力反饋裝置5為壓力-位移反饋調節裝置，可通過檢測對磨工具與摩擦盤1間壓力變化， 反饋性地通過夾具4對對磨工具在軸向方向上的高度進行微調，從而保證對磨工具與摩擦 盤1間壓力能夠保持恒定；
[0037] 測量系統，為測力和聲發射系統，包括相互信號連接的測力儀、聲發射系統、數據 采集卡和信號放大器;該對磨工具與測力儀和聲發射系統相連接;數據采集卡信號連接計 算機;測力儀的固有頻率高于4Ifflz，測力精度優于0.01N;所述數據采集卡的采樣速度高于 2M/s〇
[0038] 具體測試方法如下：
[0039] 1)將直徑400mm、厚度20mm的侶合金圓盤形摩擦盤1用螺釘等機械夾具等方式固定 在機床的電主軸上，摩擦盤1可通過電主軸旋轉;用動平衡儀對該摩擦盤1進行在線動平衡， W減少摩擦盤1在高速旋轉時的振動，從而保證劃擦過程中對磨工具和摩擦盤1能穩定地接 觸；
[0040] 2)采用金剛石車刀6對該摩擦盤1進行修盤，先用聚晶金剛石單點車刀修盤，再用 單晶金剛石單點車刀修盤，在摩擦盤1表面形成端面跳動量3μπι，表面平均粗糖度Ra 4nm的 圓環形修盤區域3, W降低摩擦盤1端面跳動量，提高表面質量，進一步保證劃擦過程中對磨 工具和摩擦盤1能穩定地接觸，具體步驟為：
[0041] 2-1)聚晶金剛石單點車刀修盤:立式超精密車削模式，摩擦盤1的轉速為3000rpm， 聚晶金剛石單點車刀從摩擦盤1外側Wio皿的切深沿摩擦盤1徑向進給，進給速度范圍為 0.4~1.2111111/3，進給距離為16〇11