專利名稱：一種平面往復(fù)式磨料磨損試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于摩擦磨損試驗裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種平面磨床改制的往復(fù)式磨料磨損試驗裝置，擴展了設(shè)備的功能。
背景技術(shù)：
磨損是金屬零件失效的三種主要原因(磨損、腐蝕和疲勞)之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，能源的1/3至1/2消耗于摩擦與磨損。對材料而言，約80％的零件失效是由磨損引起的。
磨損的分類方法眾多。按磨損機理不同可分為磨料磨損，粘著磨損，腐蝕磨損，接觸疲勞磨損，沖蝕磨損，微動磨損和沖擊磨損等。其中，磨料磨損造成的經(jīng)濟損失占磨損總量的50％以上。磨料磨損一般是指硬的磨?；蛲钩鑫镌谂c零件表面作相對運動時使零件表面材料耗失的一種磨損方式。各種機械，特別是礦山、農(nóng)業(yè)、建筑、工程、冶金和鑄造機械等，都存在不同程度的磨料磨損。磨料磨損不僅消耗能源、浪費材料，而且因磨損更換零部件時修理、停工所消耗的人力和物力以及降低勞動生產(chǎn)率等更為嚴(yán)重。
金屬的磨料磨損，有時可在工況條件下進(jìn)行實物試驗，以便取得一線有用的數(shù)據(jù)。但實物試驗一般周期都很長，經(jīng)濟上不合算。在試驗室里進(jìn)行磨損試驗，通常周期短，還能盡量地模擬工況條件而選用較合適的磨損試驗機。這對選擇金屬耐磨材料、研究磨損機理極為有利。然而，由于沒有通用的磨料磨損試驗標(biāo)準(zhǔn)使得國內(nèi)外研制的相關(guān)設(shè)備型式多樣。
實際上，根據(jù)磨料磨損試驗過程中磨料的運動狀態(tài)大致可將磨料磨損試驗機分為四種類型1.磨料自由落入并夾在試樣和另一物體之間。試樣可固定，由另一物體運動，也可以是試樣運動而另一物體固定。
2.磨料固定，試樣在磨料上滑動。
3.磨料和試樣放在一個圓筒內(nèi)，圓筒轉(zhuǎn)動時，試樣與磨料自由接觸；或者將磨料放在一個容器內(nèi)，試樣裝在夾具中，由夾具帶動試樣，在磨料中運動。
4.以氣流或液流帶動磨料沖擊試樣。
以前二種類型為基礎(chǔ)研制的磨料磨損試驗機可歸納為固定磨料磨損試驗機，根據(jù)第三種類型研制的磨料磨損試驗機可歸納為自由磨料磨損試驗機。根據(jù)第四種類型研制的磨料磨損試驗機可歸納為沖蝕磨損試驗機。比較而言，固定磨料磨損試驗機數(shù)量居多。
固定磨料磨損試驗機的設(shè)計和選用依據(jù)是根據(jù)磨損過程中的顯微切削這一重要因素來決定的。在載荷作用下，試樣表面與固定磨粒相接觸，當(dāng)試樣以一定的速度運行時，其中有些磨粒的取向有利于切削，對試樣表面產(chǎn)生顯微切削作用；另一些磨粒可能在試樣表面起擠壓作用，造成塑性變形，經(jīng)過多次反復(fù)作用，也會導(dǎo)致表面發(fā)生微粒剝離，造成材料的磨損。固定磨料磨損試驗機目前大多采用銷盤式和銷帶式方式。根據(jù)試驗條件不同，可以選用不同磨料和不同磨料粒度的砂紙或砂布。表1列出了世界上主要發(fā)達(dá)國家研制的一些固定磨料磨損試驗機的關(guān)鍵試驗參數(shù)(中國農(nóng)機科學(xué)院工藝材料所磨料磨損組，國外磨料磨損實驗機的發(fā)展(一)，摩擦磨損，2，19801)。
表1 一些固定磨料磨損試驗機的主要試驗參數(shù)

國內(nèi)近年來在研發(fā)固定磨料磨損試驗機方面也有了長足的進(jìn)步。但由于種種原因，試驗機成本居高不下。因此，在不影響現(xiàn)有機床設(shè)備正常使用的前提下，通過簡單的零配件換裝技術(shù)，研發(fā)可用于磨料磨損檢測的試驗裝置意義重大。
磨床是金屬切削機床的一種。在數(shù)種磨床，如外圓磨床、無心磨床、端面外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、導(dǎo)軌磨床和專門化磨床中，平面磨床因其工作臺可作縱向往復(fù)運動，砂輪可作橫進(jìn)給及垂直進(jìn)給運動而適于用作往復(fù)式磨料磨損試驗機的替代裝置。試驗時，首先卸下砂輪罩殼蓋，用套筒扳手拆卸螺母。然后取下墊圈，按順時針方向旋轉(zhuǎn)拔頭，將砂輪從主軸上拆下(圖1)。卸下砂輪后，在磨頭架1上裝上試樣的附件。砂布放于電磁吸盤臺面上，通過四周的角鋼或扁鋼以及電磁力固緊。試樣在砂布上的滑行距離可通過磨床行程擋鐵定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種平面往復(fù)式磨料磨損試驗裝置，擴大了設(shè)備的使用功能。
本發(fā)明是將平面磨床的砂輪1、主軸2、卡盤3卸下，裝配上端蓋5、配重6、外筒7、X-Y函數(shù)記錄儀8、彈簧9、墊片11、13、14，傳感器12、下端蓋15、砂布16構(gòu)成。
本發(fā)明的優(yōu)點在于擴大了裝置的功能，可以用作磨料磨損的試驗檢測；并具有磨損實驗結(jié)果可靠性高、重復(fù)性好以及與磨床砂輪互換性好等特點。


圖1為平面磨床的砂輪及其周邊零件裝配示意圖。其中，砂輪1、主軸2、卡盤3。
圖2為本發(fā)明由平面磨床改制的往復(fù)式磨料磨損試驗裝置實物圖。在一定范圍內(nèi)，該裝置可以改變相關(guān)磨損參數(shù)，例如(1)負(fù)荷可在0.5-1.5公斤內(nèi)變動；(2)磨料磨損行程每道次可滑行100-200毫米，道次總量取決于試樣直徑，砂布寬度為100-180毫米；(3)根據(jù)試驗需要，可以任意選擇碳化硅、剛玉、石英砂等磨料。粒度可以選擇為100-200目的磨料；(4)試樣直徑可以選擇為3-8毫米；(5)試樣在磨料上的滑動速度可以選擇為0.5-1米/分鐘。另外，可在試樣上部裝一傳感器，連接一部X-Y函數(shù)記錄儀(如圖所示)，用以檢測試樣磨損實驗過程中的受力情況。
圖3為本發(fā)明的平面往復(fù)式磨料磨損試驗裝置及運動過程示意圖。
圖3(a)為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。其中，上端蓋5、配重6、外筒7、X-Y函數(shù)記錄儀8、彈簧9、墊片11、13、14，傳感器12、下端蓋15。顯示試樣上部由配重加壓。視試驗需要，可加裝一傳感器，并連接一部X-Y函數(shù)記錄儀，用以檢測試樣磨損實驗過程中的受力情況。
圖3(b)為本發(fā)明的一種運動過程示意圖。
圖4(a)(b)為由本發(fā)明試驗裝置磨損后的試樣表面形貌照片。圖4(a)為本發(fā)明具體實施方式
中的5號試樣；圖4(b)為本發(fā)明具體實施方式
中的8號試樣?？梢?，8號試樣由于性能(包括硬度)優(yōu)于5號試樣(表2)，因此，磨損表面磨痕相對細(xì)膩，切削溝槽淺且窄，紋理輪廓比較光滑，推擠變形金屬量比5號試樣也相應(yīng)減少。
具體實施例方式
選用中碳低合金鑄鋼作為試驗材料。材料實測化學(xué)成分列于表2。試樣熱處理制度為850℃保溫60分鐘后水淬，再經(jīng)530℃保溫60分鐘回火。
表2 材料實測化學(xué)成分(重量％)和硬度

試驗時固定載荷為0.5-1.5公斤，試樣單行程為100-200毫米，每一行程后對直徑為3-8毫米的試樣在行程的垂線方向進(jìn)給4-9毫米，以保證銷試樣總是與新鮮磨料相接觸。摩擦總行程為3-4米。采用100-200目的砂布固定在工作臺面上作磨料。
作為對比，部分試樣在市售的ML-10銷盤式磨料磨損試驗機上進(jìn)行了磨損試驗。試驗參數(shù)為銷試樣直徑4毫米；磨盤轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分鐘；試樣進(jìn)給量4毫米/轉(zhuǎn)，施加于試樣的載荷為2.6公斤；使用180目(平均粒徑80微米)氧化鋁砂布固定在盤上作磨料；摩擦行程為9米。
標(biāo)準(zhǔn)試樣采用ZG35Mn，相對耐磨性系數(shù)為標(biāo)樣線磨損與待測試樣線磨損之比。所有試樣均經(jīng)跑合后進(jìn)行測量，以減少實驗的誤差。多次試驗結(jié)果表明，由平面磨床改制的往復(fù)式磨料磨損試驗裝置具有磨損實驗結(jié)果可靠性高、重復(fù)性好以及與磨床砂輪互換性好等特點，可以用作磨料磨損的試驗檢測裝置。
具體實施例(為方便比較，實施例1---實施例6實驗條件恒定)實施例10號試樣直徑為6.25毫米；試樣單行程為200毫米；施加于試樣的載荷為1.12公斤；每一行程后試樣在行程的垂線方向進(jìn)給7毫米；采用180目的棕剛玉砂布固定在工作臺面上作磨料。相對耐磨性系數(shù)為1。
實施例21號試樣直徑為6.25毫米；試樣單行程為200毫米；施加于試樣的載荷為1.12公斤；每一行程后試樣在行程的垂線方向進(jìn)給7毫米；采用180目的棕剛玉砂布固定在工作臺面上作磨料。相對耐磨性系數(shù)為1.014。
實施例33號試樣直徑為6.25毫米；試樣單行程為200毫米；施加于試樣的載荷為1.12公斤；每一行程后試樣在行程的垂線方向進(jìn)給7毫米；采用180目的棕剛玉砂布固定在工作臺面上作磨料。相對耐磨性系數(shù)為1.014。用ML-10銷盤式磨料磨損試驗機對比測試時，相對耐磨性系數(shù)為1.096。
實施例45號試樣直徑為6.25毫米；試樣單行程為200毫米；施加于試樣的載荷為1.12公斤；每一行程后試樣在行程的垂線方向進(jìn)給7毫米；采用180目的棕剛玉砂布固定在工作臺面上作磨料。相對耐磨性系數(shù)為1.124。
實施例57號試樣直徑為6.25毫米；試樣單行程為200毫米；施加于試樣的載荷為1.12公斤；每一行程后試樣在行程的垂線方向進(jìn)給7毫米；采用180目的棕剛玉砂布固定在工作臺面上作磨料。相對耐磨性系數(shù)為1.183。用ML-10銷盤式磨料磨損試驗機對比測試時，相對耐磨性系數(shù)為1.261。
實施例6
8號試樣直徑為6.25毫米；試樣單行程為200毫米；施加于試樣的載荷為1.12公斤；每一行程后試樣在行程的垂線方向進(jìn)給7毫米；采用180目的棕剛玉砂布固定在工作臺面上作磨料。相對耐磨性系數(shù)為1.217。用ML-10銷盤式磨料磨損試驗機對比測試時，相對耐磨性系數(shù)為1.307。
實施例72號試樣直徑為3.5毫米；試樣單行程為120毫米；施加于試樣的載荷為0.72公斤；每一行程后試樣在行程的垂線方向進(jìn)給4毫米；采用200目的氧化鋁砂布固定在工作臺面上作磨料。相對耐磨性系數(shù)為0.863。
實施例84號試樣直徑為5.75毫米；試樣單行程為160毫米；施加于試樣的載荷為0.9公斤；每一行程后試樣在行程的垂線方向進(jìn)給7毫米；采用160目的氧化鋁砂布固定在工作臺面上作磨料。相對耐磨性系數(shù)為1.108。
實施例99號試樣直徑為8毫米；試樣單行程為140毫米；施加于試樣的載荷為1.4公斤；每一行程后試樣在行程的垂線方向進(jìn)給9毫米；采用180目的棕剛玉砂布固定在工作臺面上作磨料。相對耐磨性系數(shù)為1.486。
權(quán)利要求
1.一種平面往復(fù)式磨料磨損試驗裝置，其特征在于將平面磨床的砂輪(1)、主軸(2)、卡盤(3)卸下；裝配上端蓋(5)、配重(6)、外筒(7)、X-Y函數(shù)記錄儀(8)、彈簧(9)、墊片(11、13、14)，傳感器(12)、下端蓋(15)、砂布(16)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種平面磨床改制的往復(fù)式磨料磨損試驗裝置，將平面磨床砂輪(1)、主軸(2)、卡盤(3)卸下；裝配上端蓋(5)、配重(6)、外筒(7)、X－Y函數(shù)記錄儀(8)、彈簧(9)、墊片(11、13、14)，傳感器(12)、下端蓋(15)、砂布(16)。本發(fā)明的優(yōu)點在于擴大了設(shè)備的使用功能，可以用作磨料磨損的試驗檢測；并具有磨損實驗結(jié)果可靠性高、重復(fù)性好以及與磨床砂輪互換性好等特點。
文檔編號G01N3/56GK1601256SQ20041000964
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月10日
發(fā)明者楊濱, 許益民 申請人:北京科技大學(xué)