一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装置及计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损 试验装置及计算方法。
【背景技术】
[0002] 摩擦磨损试验机最常用的磨损方式为旋转盘式，即上部试样销子压在下部对磨盘 上进行摩擦磨损试验，例如MPX - 2000型摩擦磨损试验机，旋转盘式磨损方式下，销试样偏 心安装在上部转动轴上，在电机驱动下旋转盘作匀速圆周运动，销试样与对偶盘之间的正 压力依靠标定质量的砝码下压或上顶来实现，在这样的试验过程中会产生大量的热量无法 散热，从而会影响测试数据的准确性，在申请号201220434895. 6的实用新型专利中，虽然 设计发明了一种旋转盘式摩擦磨损试验机的冷却式卡具，通过冷却液的方式对试验旋转盘 进行散热，但是其不能根据旋转盘试验温度调节其内部的冷却液流量，同时，该方案是通过 卡具在旋转盘侧壁进行降温，不能达到最优效果。
[0003] 现有技术中，对于旋转盘式的摩擦磨损试验机多采用砝码式的载荷，对试验品进 行单一测试，对于测试过程中所产生的不能有很好的比对效果，从而不能排除在试验过程 中的外界干扰因素。
【发明内容】
[0004] 本发明设计开发了一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装置，其目的 之一是解决现有技术中测试只能单一进行，不能同步将试验品及标准品进行比对试验，以 排除外界干扰因素的问题。
[0005] 本发明装置的目的之二是解决现有技术中，摩擦试验进行的过程中旋转盘热量散 热不及时，并且散热过程中不可控的问题。
[0006] 本发明还提供了一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验计算方法，其目 的是解决由于测试过程中外界环境干扰使测试计算结果不准确的问题。
[0007] 本发明具有试验品安装拆卸方便，试验操作灵活可控，可选择性的进行单一试验 或同步对比试验，同时试验结果计算过程排除外界因素干扰，冷却液流动量可灵活调节等 特点。
[0008] 本发明提供的技术方案为：
[0009] -种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装置，包括：
[0010] 旋转盘；
[0011] 标准品销试样，其与标准品液压缸相连；所述标准品液压缸能够选择性的驱动所 述标准品销试样接触所述旋转盘表面；以及
[0012] 试验品销试样，其与试验品液压缸相连；所述试验品液压缸能够选择性的驱动所 述试验品销试样接触所述旋转盘表面；
[0013] 电机，用于驱动所述旋转盘旋转；
[0014] 其中，所述试验品液压缸和所述标准品液压缸内活塞承压面积相等，所述试验品 液压缸和所述标准品液压缸连通，并且由同一油栗驱动。
[0015] 优选的是，冷却夹板，其具有凹槽，所述旋转盘设置在凹槽内；所述冷却夹板的板 壁为空腔结构，内部填充冷却液；以及
[0016] 温度传感器，其安装在所述旋转盘中心处，能够监测旋转盘温度；
[0017] 所述冷却夹板的板壁还包括进液口及出液口，所述进液口处安装流量阀，所述流 量阀及所述温度传感器还分别与流量控制器相连，所述流量控制器通过监测所述旋转盘温 度调节所述流量阀控制冷却液流量。
[0018] 优选的是，还包括：油压控制器，其分别与油压检测器及油栗相连，所述油压控制 器控制所述油栗调节进油量，进而控制所述试验装置试验载荷。
[0019] 优选的是，所述试验品为柱状晶铜，其通过热乳连铸方法制备，直径为5mm~ 10mm〇
[0020] 优选的是，所述柱状晶铜的轴向面和径向面作为试验的摩擦表面，其晶粒取向相 应的平行和垂直于接触界面。
[0021] 优选的是，所述标准品液压缸进油孔处还设置有截止阀。
[0022] -种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验计算方法，包括如下步骤：
[0023] 步骤一：将试验品及标准品通过金属粘结剂分别与铜圆柱相粘结组成试验品销试 样及标准品销试样，分别称量所述试验品销试样质量及所述标准品销试样质量；
[0024] 步骤二：将所述试验品销试样及所述标准品销试样分别与活塞下端相配合连接；
[0025] 步骤三：开启油栗，控制液压缸压力，待压力平稳后使旋转盘旋转；驱动冷却液对 旋转盘进行冷却；
[0026] 步骤四：称量所述试验品销试样及所述标准品销试样质量，分别 计算磨损率，分别得到所述试验品销试样绝对磨损率A 1及所述标准品销试 样绝对磨损率A2，再通过所述标准品销试样绝对磨损率^及经验校正公式
计算得到所述试 验品销试样相对磨损率A';其中，S为销试样与旋转盘相对滑动距离，F为载荷，f为试验 品摩擦系数，η为电机转数，T。为旋转盘平均温度，t为测试时间。
[0027] 优选的是，所述步骤一中，所述试验品销试样及所述标准品销试样称量前在无水 乙醇溶液中超声处理，干燥后再称量。
[0028] 优选的是，所述步骤四中，通过公式
计算所述试验品销试样绝对 磨损率A1及所述标准品销试样绝对磨损率A2，其中，AW为销试样试验前后质量差值，P为 试验品的密度，S为销试样与旋转盘相对滑动距离，F为载荷。
[0029] 优选的是，冷却液流量根据公式Q = 0. 1312ea°°1T进行调节；其中，e为自然对数的 底数，T为旋转盘温度。
[0030] 本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：
[0031] 1、本发明能够单独对试验品进行测试，或者同时将试验品及标准品进行同步测 试，根据销试样相对滑动距离、对销试样施加载荷、试验品摩擦系数、发动机转数、旋转盘平 均温度及测试时间对试验品的磨损率进行校正，能够得到相对标准品的相对磨损率进而去 除干扰因素对测试结果的影响；同时，在选取标准品时更具有灵活性，能够根据需求进行对 比试验；
[0032] 2、本发明还能够通过与确定的标准品进行比对，制定合适的相对磨损率范围，筛 选出符合规格的试验品；
[0033] 3、通过循环冷却装置的设置，通过控制冷却装置中的冷却液流量使旋转盘在试验 过程中能够及时散热，使其试验温度稳定，提高测试的准确性；
[0034] 4、由于在接触应力及剪切应力的作用下，金属及其合金在干滑动磨损时，接触表 面发生不同程度的塑性变形，同时这种强烈的塑性变形可以使摩擦表面形成一定取向的结 构，这种表面取向结构对材料的摩擦磨损性能会产生很大的影响，研究人员一般以单晶材 料为研究对象来确定晶粒取向，材料要求高，晶面、晶向指数确定复杂，不易于操作，所以本 发明选取了柱状晶铜的轴向面和径向面作为摩擦接触面来研究晶粒取向对铜摩擦层及摩 擦磨损性能的影响；同时，在选取未知不同晶面及晶向指数的材料时，可以在排除其他干扰 因素的情况下与已知确定的晶面及晶向指数的材料进行同步试验进行比对分析，通过相对 磨损率的计算，能够得到更具可靠性及可分析性数据。
【附图说明】
[0035] 图1为本发明所述的结构示意图。
[0036] 图2为旋转盘式试验机工作原理图。
[0037] 图3为晶粒水平取向的销试样的制备。
[0038] 图4为晶粒垂直取向的销试样的制备。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文 字能够据以实施。
[0040] 如图1所示，本发明提供了一种试样表面晶粒具有择优取向的滑动磨损试验装 置，包括：旋转盘130、试验品销试样125及标准品销试样126,旋转盘130为退火态的45# 钢，同时，由于试验品201及标准品202长度有限，不便于在销夹具上的固定，因此需要将试 验品201及标准品202 -端面用砂纸磨平后与纯铜圆柱通过金属粘结剂粘接得到试验品销 试样125及标准品销试样126 ;电机110,其能够通过同步带111驱动中空主轴140,从而带 动旋转盘130旋转，采用这种电机110通过同步带111带动中空主轴140的方式，可以缓和 载荷冲击而且运行平稳，无噪声，并且同步带111传动无弹性滑动和打滑，效率高而且能保 持准确的传动比，也就是能保持中空主轴140以某一速度稳定地转动，从而保证了中空主 轴140和电机110之间的热影响很小，同时，中空主轴140采用推力球141轴承进行固定， 通过此种固定方式，使其能够更好的承受在中空主轴140旋转时的轴向力；液压缸分为试 验品液压缸121及标准品液压缸122,设计要求试验品液压缸活塞123及标准品液压缸活塞 124承压面积相等，进而使其受到的力相等，并且试验品液压缸121及标准品液压缸122连 通，由同一油栗152驱动试验，从而保证了输油管路的一致性，在进行试验的过程中使试验 品销试样125及标准品销试样126承受相等的载荷，试验品液压缸活塞123及标准品液压 缸活塞124下端分别通过销夹具固定连接试验品销试样125及标准品销试样126,试验品液 压缸121能够选择性的驱动试验品销试样125接触旋转盘130表面，标准品液压缸122能 够选择性的驱动标准品销试样126接触旋转盘130表面，试验品液压缸121及标准品液压 缸122的进油孔分别通过同一油压检测器151与油栗152相连，油压检测器151及油栗152 还分别与油压控制器161相连，油压控制器161通过油压检测器151控制油栗152调节进 油量，进而控制试验装置中试验品销试样125及标准品销试样126的试验载荷；在标准品液 压缸122进油孔处还设置有截止阀180,通过截止阀180的设置使本发明装置不局限于同时 进行对比试验测试，也能够进行单一的试验品的试验测试，使得本装置在试验选择上很具 有灵活性；在本装置中还包括温度传感器170,其安装在旋转盘130中心处，能够监测试验 过程中旋转盘130温度，并且能够得到试验过程中旋转盘的平均温度；
[0041] 在另一种实施例中，还包括：冷却夹板131，其具有凹槽，冷却