一種cbn刀具預(yù)修黑色金屬摩擦副的高速摩擦測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于摩擦學(xué)測試及精密與超精密加工領(lǐng)域，具體設(shè)及一種CBN刀具預(yù)修黑 色金屬摩擦副的高速摩擦測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 摩擦磨損發(fā)生在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械、材料切削加工、機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動等場合，摩擦系數(shù)及 磨損歷程對于零件材料的選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(chǎn)生的慣性 力會影響潤滑油的附著能力，將潤滑油從摩擦區(qū)域擠出或甩出，造成摩擦系數(shù)的增大;②高 速摩擦伴隨著實(shí)際接觸點(diǎn)的劇烈塑性變形，從而增加了接觸點(diǎn)處的材料流動，減小了剪切 阻力，進(jìn)而減小了摩擦系數(shù);③高速摩擦中實(shí)際接觸點(diǎn)處的塑性變形導(dǎo)致了熱量的產(chǎn)生和 溫度的上升，增加了摩擦副之間的化學(xué)親和作用，從而增加了摩擦系數(shù)。鑒于高速摩擦物理 過程的復(fù)雜性，高速摩擦磨損已經(jīng)成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)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(guān)摩擦磨 損試驗(yàn)機(jī)中，摩擦副在摩擦初期產(chǎn)生磨合作用，經(jīng)過一段時間后摩擦狀態(tài)達(dá)到穩(wěn)定，進(jìn)入穩(wěn) 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(jì)算出摩擦系數(shù)和磨損 率。對于高速摩擦現(xiàn)有的試驗(yàn)方法存在W下問題:①高速過程中摩擦副實(shí)現(xiàn)磨合過程的條 件較為苛刻，甚至不會出現(xiàn)穩(wěn)定磨損階段而直接到達(dá)嚴(yán)重磨損階段;②高速摩擦過程的對 磨工具磨損嚴(yán)重，即使達(dá)到了穩(wěn)定磨損階段，對磨工具的幾何形狀也已經(jīng)發(fā)生了明顯的改 變，影響了測試的精度和準(zhǔn)確性;③高速摩擦中高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的巨大慣性力嚴(yán)重影響了 摩擦測試的精度。因?yàn)樯鲜鰡栴}的限制，現(xiàn)有的商業(yè)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的最高轉(zhuǎn)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(dá)到高速摩擦的測試要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種CBN刀具預(yù)修黑色金屬 摩擦副的高速摩擦測試方法，旨在減少磨合過程，利用CBN刀具對黑色金屬摩擦盤進(jìn)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(wěn)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(shí)現(xiàn)高速摩擦測 試。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種CBN刀具預(yù)修黑色金屬摩擦副的摩擦測試方法，包括：
[0007] 1)將黑色金屬摩擦盤固定在電主軸上，摩擦盤可通過電主軸旋轉(zhuǎn);對該摩擦盤進(jìn) 行在線動平衡；
[000引2)采用CBN單點(diǎn)刀具對該摩擦盤進(jìn)行修盤，W在摩擦盤表面形成端面跳動量優(yōu)于 IT1級，表面平均粗糖度Ra優(yōu)于lOnm的修盤區(qū)域，具體步驟如下：
[0009] 2-1 )CBN單點(diǎn)刀具粗加工修盤：立式車削模式，摩擦盤的轉(zhuǎn)速范圍為2000~ 100(K)rpm，CBN單點(diǎn)刀具從摩擦盤外側(cè)WlO~50μπι的切深沿摩擦盤徑向進(jìn)給，進(jìn)給速度范圍 為0.4~1.2mm/s，進(jìn)給距離為摩擦盤直徑的1/4~1/2;
[0010] 2-2 )CBN單點(diǎn)刀具精加工修盤：立式車削模式，摩擦盤的轉(zhuǎn)速范圍為2000~ 10000rpm，CBN單點(diǎn)刀具從摩擦盤外側(cè)W2~lOwn的切深沿摩擦盤徑向進(jìn)給，進(jìn)給速度范圍 為0.1~0.3mm/s，進(jìn)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(jìn)行摩擦測試:根據(jù)需測試的劃擦速度V和修盤區(qū)域內(nèi)測試點(diǎn)所在的測試點(diǎn)半 徑R，通過化《 十算摩擦盤的設(shè)定轉(zhuǎn)速η;摩擦盤按照設(shè)定轉(zhuǎn)速η轉(zhuǎn)動，將對磨工具移至 巧淚 測試點(diǎn)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(dá)到測試設(shè)定值，進(jìn)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(shè)定 值，同時通過測量系統(tǒng)采集劃擦過程中的數(shù)據(jù)。
[0013] -實(shí)施例中:所述對磨工具為摩擦球或摩擦銷。
[0014] -實(shí)施例中:所述摩擦盤為圓盤形。
[0015] 一實(shí)施例中：所述測量系統(tǒng)為測力和聲發(fā)射系統(tǒng)，包括相互信號連接的測力儀、聲 發(fā)射系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡和信號放大器;所述對磨工具與測力儀和聲發(fā)射系統(tǒng)相連接。
[0016] 一實(shí)施例中：所述測力儀的固有頻率高于鉛化，測力精度優(yōu)于0.01Ν。
[0017] -實(shí)施例中:所述數(shù)據(jù)采集卡的采樣速度高于2M/S。
[0018] 一實(shí)施例中：所述步驟2)中，修盤時CBN刀具的進(jìn)給距離小于摩擦盤半徑，所述修 盤區(qū)域?yàn)閳A環(huán)形。
[0019] -實(shí)施例中：修盤的同時對CBN單點(diǎn)刀具和摩擦盤進(jìn)行冷卻。
[0020] 除有說明外，本發(fā)明所設(shè)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(lǐng)域常規(guī)技術(shù)，在此不加 W詳細(xì)描述。
[0021 ]本技術(shù)方案與【背景技術(shù)】相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] 本發(fā)明的測試方法通過動平衡避免了摩擦盤高速旋轉(zhuǎn)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(wěn)定性；同時，利用CBN車刀超精密加工技術(shù)對摩擦盤進(jìn)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(yùn)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(jìn)一步保證了測試的精度和準(zhǔn)確性，能夠?qū)崿F(xiàn)高速摩擦測試。
【附圖說明】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0024] 圖1為本發(fā)明的測試方法原理示意圖。
[0025] 圖2為本發(fā)明的修盤過程原理示意圖。
[0026] 圖3為本發(fā)明實(shí)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(jīng)常規(guī)精車工藝加工），圖3b為修盤后。
[0027] 圖4為本發(fā)明實(shí)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(jīng)常規(guī)精車工藝加工），其端面跳動量最大值可達(dá)17.9皿;圖4b為修盤后，其端面跳動量 最大值為2.8μπι。
[0028] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例2得到的摩擦系數(shù)曲線，其中橫坐標(biāo)為摩擦?xí)r間，縱坐標(biāo)為摩 擦系數(shù)。
[0029] 附圖標(biāo)記:摩擦盤1，摩擦球2，夾具3，力反饋裝置4，修盤區(qū)域，5，CBN車刀6。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面通過實(shí)施例具體說明本發(fā)明的內(nèi)容：
[0031] 實(shí)施例1
[0032] -種CBN(立方氮化棚）刀具預(yù)修黑色金屬摩擦盤的高速摩擦測試方法，所采用的 裝置包括：
[0033] 機(jī)床，圓盤形黑色金屬摩擦盤1裝接在機(jī)床的電主軸上，且摩擦盤1可通過電主軸 旋轉(zhuǎn)；
[0034] 動平衡儀，用于對摩擦盤1進(jìn)行在線動平衡；
[0035] CBN單點(diǎn)刀具，為CBN單點(diǎn)車刀6,用于對摩擦盤1端面進(jìn)行修盤;該CBN單點(diǎn)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(jī)床；
[0036] 對磨工具，為摩擦球或摩擦銷，裝夾在連有力反饋裝置4的夾具3上;該夾具3可裝 拆地裝接在支架，并通過支架可移動地裝接在機(jī)床;對磨工具可W通過夾具3和支架在摩擦 盤1旋轉(zhuǎn)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(yōu)于0.化 m;該力反饋裝置4為壓力-位移反饋調(diào)節(jié)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3對對磨工具在軸向方向上的高度進(jìn)行微調(diào)，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(tǒng)，為測力和聲發(fā)射系統(tǒng)，包括相互信號連接的測力儀、聲發(fā)射系統(tǒng)、數(shù)據(jù) 采集卡和信號放大器;該對磨工具與測力儀和聲發(fā)射系統(tǒng)相連接;數(shù)據(jù)采集卡信號連接計(jì) 算機(jī);測力儀的固有頻率高于4Ifflz，測力精度優(yōu)于0.01N;所述數(shù)據(jù)采集卡的采樣速度高于 2M/s〇
[0038] 冷風(fēng)機(jī)：用于對修盤過程中的CBN單點(diǎn)刀具和摩擦盤1，W及測試過程中的對磨工 具和摩擦盤1進(jìn)行吹風(fēng)冷卻。
[0039] 具體測試方法如下：
[0040] 1)將直徑320mm、厚度20mm的45鋼圓盤形摩擦盤1通過磁力吸盤或機(jī)械夾具等方式 固定在機(jī)床的電主軸上，摩擦盤1可通過電主軸旋轉(zhuǎn)；用動平衡儀對該摩擦盤1進(jìn)行在線動 平衡，W減少摩擦盤1在高速旋轉(zhuǎn)時的振動，從而保證劃擦過程中對磨工具和摩擦盤1能穩(wěn) 定地接觸；
[0041] 2)采用CBN單點(diǎn)車刀6對該摩擦盤1進(jìn)行修盤，先進(jìn)行粗加工，再進(jìn)行精加工，W在 摩擦盤1表面形成端面跳動量5. Ιμπι，表面平均粗糖度Ra 4.57nm的圓環(huán)形修盤區(qū)域5，W降 低摩擦盤1端面跳動量，提高表面質(zhì)量，進(jìn)一步保證劃擦過程中對磨工具和摩擦盤1能穩(wěn)定 地接觸，具體步驟如下：
[0042] 2-l)CBN單點(diǎn)車刀粗加工修盤:立式車削模式，修盤的同時開啟冷風(fēng)機(jī)，使冷風(fēng)對 準(zhǔn)CBN單點(diǎn)車刀6和摩擦盤1進(jìn)行冷卻，摩擦盤1的轉(zhuǎn)速為3000rpm，CBN單點(diǎn)車刀5從摩擦盤1 外側(cè)W15WI1的切深沿摩擦盤徑向進(jìn)給，進(jìn)給速度范圍為0.4~1.2mm/s，進(jìn)給距離為110mm;
[0043] 2-2)CBN單點(diǎn)車刀精加工修盤:立式車削模式，修盤的同時開啟冷風(fēng)機(jī)，使