一种金刚石刀具预修有色金属摩擦副的高速摩擦测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于摩擦学测试及精密与超精密加工领域，具体设及一种金刚石刀具预修 有色金属摩擦副的高速摩擦测试方法。
【背景技术】
[0002] 摩擦磨损发生在高速旋转机械、材料切削加工、机构往复运动等场合，摩擦系数及 磨损历程对于零件材料的选择、结构设计、冷却润滑方式的选择等方面具有重要意义。其中 高速摩擦磨损又有着和一般摩擦磨损不同的特征:①高速(线速度大于15m/s)产生的惯性 力会影响润滑油的附着能力，将润滑油从摩擦区域挤出或甩出，造成摩擦系数的增大;②高 速摩擦伴随着实际接触点的剧烈塑性变形，从而增加了接触点处的材料流动，减小了剪切 阻力，进而减小了摩擦系数;③高速摩擦中实际接触点处的塑性变形导致了热量的产生和 溫度的上升，增加了摩擦副之间的化学亲和作用，从而增加了摩擦系数。鉴于高速摩擦物理 过程的复杂性，高速摩擦磨损已经成为当前学术界研究的热点问题。
[0003] -般摩擦磨损的测试包括球盘、销盘、盘盘、四球等各种摩擦方法及其相关摩擦磨 损试验机中，摩擦副在摩擦初期产生磨合作用，经过一段时间后摩擦状态达到稳定，进入稳 定磨损阶段，此时仪器测量摩擦副的相对位移、摩擦力等物理量，计算出摩擦系数和磨损 率。对于高速摩擦现有的试验方法存在W下问题:①高速过程中摩擦副实现磨合过程的条 件较为苛刻，甚至不会出现稳定磨损阶段而直接到达严重磨损阶段;②高速摩擦过程的对 磨工具磨损严重，即使达到了稳定磨损阶段，对磨工具的几何形状也已经发生了明显的改 变，影响了测试的精度和准确性;③高速摩擦中高速旋转所产生的巨大惯性力严重影响了 摩擦测试的精度。因为上述问题的限制，现有的商业摩擦磨损试验机的最高转速水平大概 在5000巧m(直径50mm的摩擦盘），线速度约合7.87m/s，难W达到高速摩擦的测试要求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种金刚石刀具预修有色金 属摩擦副的高速摩擦测试方法，旨在减少磨合过程，利用金刚石刀具对有色金属摩擦盘进 行在线修盘，保证摩擦副的形状精度和相对位置精度，同时通过动平衡增加摩擦过程的稳 定性，力反馈装置可保证摩擦测试过程中对磨工具与摩擦盘间的压力恒定，从而实现高速 摩擦测试。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006] -种金刚石刀具预修有色金属摩擦副的摩擦测试方法，包括：
[0007] 1)将有色金属摩擦盘固定在电主轴上，摩擦盘可通过电主轴旋转;对该摩擦盘进 行在线动平衡；
[000引2)采用金刚石单点刀具对该摩擦盘进行修盘，W在摩擦盘表面形成端面跳动量优 于IT1级，表面平均粗糖度Ra优于5nm的修盘区域，具体步骤如下：
[0009] 2-1)聚晶金刚石单点车刀修盘：立式车削模式，摩擦盘的转速范围为2000~ lOOOOrpm，聚晶金刚石单点车刀从摩擦盘外侧WlO~50WI1的切深沿摩擦盘径向进给，进给 速度范围为0.4~1.2mm/s，进给距离为摩擦盘直径的1/4~1/2;
[0010] 2-2)单晶金刚石单点车刀修盘：立式车削模式，摩擦盘的转速范围为2000~ 1000化pm，单晶金刚石单点车刀从摩擦盘外侧W 2~10皿的切深沿摩擦盘径向进给，进给速 度范围为0.1~〇.3mm/s，进给距离为摩擦盘直径的1/4~1/2;
[0011] 3)将对磨工具装夹在连有力反馈装置的夹具上；
[0012] 4)进行摩擦测试:根据需测试的划擦速度V和修盘区域内测试点所在的测试点半 径R，通过
十算摩擦盘的设定转速η;摩擦盘按照设定转速η转动，将对磨工具移至 测试点正上方，并下移与摩擦盘接触，直至摩擦盘与对磨工具间压力达到测试设定值，进行 摩擦测试;测试过程中通过力反馈装置保证对磨工具与摩擦盘间压力保持恒定在测试设定 值，同时通过测量系统采集划擦过程中的数据。
[0013] -实施例中:所述对磨工具为摩擦球或摩擦销。
[0014] -实施例中:所述摩擦盘为圆盘形。
[0015] 一实施例中：所述测量系统为测力和声发射系统，包括相互信号连接的测力仪、声 发射系统、数据采集卡和信号放大器;所述对磨工具与测力仪和声发射系统相连接。
[0016] 一实施例中：所述测力仪的固有频率高于铅化，测力精度优于0.01Ν。
[0017] -实施例中:所述数据采集卡的采样速度高于2M/S。
[0018] -实施例中：所述步骤2)中，修盘时金刚石单点刀具的进给距离小于摩擦盘半径， 所述修盘区域为圆环形。
[0019] 除有说明外，本发明所设及的各装置的单一处理过程W及各装置间的连接方式均 为本领域常规技术，在此不加 W详细描述。
[0020] 本技术方案与【背景技术】相比，它具有如下优点：
[0021] 本发明的测试方法通过动平衡避免了摩擦盘高速旋转过程中的大幅端面跳动或 径向跳动，从而增加摩擦过程的稳定性；同时，利用单点金刚石超精密加工技术对摩擦盘进 行在线加工，保证摩擦副的形状精度和相对位置精度，从而保证了摩擦副的相对运动精度， 减少摩擦副的磨合过程，降低磨损;再配合力反馈装置保证摩擦测试过程中对磨工具与摩 擦盘间的压力恒定，进一步保证了测试的精度和准确性，能够实现高速摩擦测试。
【附图说明】
[0022] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0023] 图1为本发明的测试方法原理示意图。
[0024] 图2为本发明的修盘过程原理示意图。
[0025] 图3为本发明实施例1中修盘前后摩擦盘表面Ξ维形貌的对比，其中图3a为修盘前 (经常规精车工艺加工），图3b为修盘后。
[0026] 图4为本发明实施例1中修盘前后摩擦盘表面端面跳动量的对比，其中图4a为修盘 前(经常规精车工艺加工），其端面跳动量最大值可达17.7皿;图4b为修盘后，其端面跳动量 最大值为2.9μπι。
[0027] 图5为本发明实施例2中得到的摩擦系数曲线，其中横坐标为摩擦时间，纵坐标为 摩擦系数。
[0028] 图6为本发明对比例中得到的摩擦系数曲线，其中横坐标为摩擦时间，纵坐标为摩 擦系数。
[0029] 附图标记:摩擦盘1，摩擦球2,修盘区域3,夹具4,力反馈装置5,金刚石车刀，6。
【具体实施方式】
[0030] 下面通过实施例具体说明本发明的内容：
[0031] 实施例1
[0032] -种金刚石刀具预修有色金属摩擦副的高速摩擦测试方法，所采用的装置包括：
[0033] 机床，圆盘形有色金属摩擦盘1装接在机床的电主轴上，且摩擦盘1可通过电主轴 旋转；
[0034] 动平衡仪，用于对摩擦盘1进行在线动平衡；
[0035] 金刚石单点刀具，为金刚石车刀6,具体是聚晶金刚石(PCD)单点车刀和单晶金刚 石(ND)单点车刀，用于对摩擦盘1端面进行修盘;该金刚石车刀6可装拆地装接在支架，并通 过支架可移动地装接在机床；
[0036] 对磨工具，为摩擦球或摩擦销，装夹在连有力反馈装置5的夹具4上;该夹具4可装 拆地装接在支架，并通过支架可移动地装接在机床;对磨工具可W通过夹具4和支架在摩擦 盘1旋转的轴向方向和径向方向上移动，且在两个方向的定位精度越高越好，最好优于0.化 m;该力反馈装置5为压力-位移反馈调节装置，可通过检测对磨工具与摩擦盘1间压力变化， 反馈性地通过夹具4对对磨工具在轴向方向上的高度进行微调，从而保证对磨工具与摩擦 盘1间压力能够保持恒定；
[0037] 测量系统，为测力和声发射系统，包括相互信号连接的测力仪、声发射系统、数据 采集卡和信号放大器;该对磨工具与测力仪和声发射系统相连接;数据采集卡信号连接计 算机;测力仪的固有频率高于4Ifflz，测力精度优于0.01N;所述数据采集卡的采样速度高于 2M/s〇
[0038] 具体测试方法如下：
[0039] 1)将直径400mm、厚度20mm的侣合金圆盘形摩擦盘1用螺钉等机械夹具等方式固定 在机床的电主轴上，摩擦盘1可通过电主轴旋转;用动平衡仪对该摩擦盘1进行在线动平衡， W减少摩擦盘1在高速旋转时的振动，从而保证划擦过程中对磨工具和摩擦盘1能稳定地接 触；
[0040] 2)采用金刚石车刀6对该摩擦盘1进行修盘，先用聚晶金刚石单点车刀修盘，再用 单晶金刚石单点车刀修盘，在摩擦盘1表面形成端面跳动量3μπι，表面平均粗糖度Ra 4nm的 圆环形修盘区域3, W降低摩擦盘1端面跳动量，提高表面质量，进一步保证划擦过程中对磨 工具和摩擦盘1能稳定地接触，具体步骤为：
[0041] 2-1)聚晶金刚石单点车刀修盘:立式超精密车削模式，摩擦盘1的转速为3000rpm， 聚晶金刚石单点车刀从摩擦盘1外侧Wio皿的切深沿摩擦盘1径向进给，进给速度范围为 0.4~1.2111111/3，进给距离为16〇11