[实用新型]一种恒温恒压的高速摩擦装置

说明书

本实用新型提出一种恒温恒压的高速摩擦装置，包括摩擦副和对其加热的加热组件，还包括控制模块、测量摩擦副摩擦力的测力仪、测量摩擦副摩擦界面温度的热红外成像仪；摩擦副包括由销夹具固定的销，还包括由外部机构驱动旋转的摩擦盘；销夹具的移动由带伺服阀的气缸驱动；加热组件以加热线圈（9）对销加热；加热线圈环绕于销处；所述测力仪通过底板（1）安装于外部机构的滑座（14）处，测力仪上方安装有带导轨（7）的夹板（3）；所述导轨上安装有滑块（6）；所述滑块处设有加热线圈和与之相连的电压控制器（10）；本实用新型可以在实验中实现摩擦界面温度和接触压力的精准控制，且可以快速加热，快速更换试样，有效提高了实验的可靠性和效率。

技术领域

本实用新型涉及实验设备技术领域，尤其是一种恒温恒压的高速摩擦装置。

背景技术

金属切削过程中，存在工件材料被动升温和主动升温的工况。在常规切削过程中，工件材料发生高速剧烈塑性变形，由于变形速度快，热量在短时间内在工件内部积累，并引起强烈的绝热温升，在特殊切削工况如激光辅助切削，采用激光对工件材料进行主动加热，从而改变难加工材料的机械特性，实现高速高效加工。上述两种工况下，温度的升高都会使工件材料发生热软化，从而影响切削加工机理。同时不同工艺参数组合下刀具和切屑之间的粘结滑移状态将发生变化，影响二者的接触压力，进而对刀具的摩擦磨损状态产生影响。由于目前应用的摩擦实验机大多无法同时满足恒温恒压的环境，因此，设计恒温恒压环境下的摩擦实验装置，分析不同温度，不同接触压力条件下的工件材料与刀具基体材料之间的摩擦学行为，有助于深入理解切削加工过程刀具和工件的相互作用机理，改善刀具摩擦磨损状态，优化切削加工工艺参数。

同时目前摩擦实验设备缺少精准控温装置，且未考虑到表面粗糙度和不平度对于摩擦副相互作用力的影响。由于金属切削过程中刀-屑接触面的温升是由于剪切带的材料大变形和刀-屑之间的摩擦共同引起的，通过加热装置提高摩擦界面的温度，可以更加接近切削过程中的摩擦环境。在实验过程中，摩擦盘与销发生摩擦作用，两种试样表面将发生一定的材料塑性流动，从而使摩擦盘表面可能存在微观的高低起伏，改变了原始摩擦盘表面粗糙度和不平度，进而影响销-摩擦盘之间的相互作用力。为了准确控制销和摩擦盘的相互作用力，需要时刻调节气缸活塞杆的伸出量。

目前的实验设备不易实现上述需求，需要改进。

发明内容

本实用新型提出一种恒温恒压的高速摩擦装置，通过PID控制，可以在实验中实现摩擦界面温度和接触压力的精准控制，且可以快速加热，快速更换试样，有效提高了实验的可靠性和效率。

本实用新型采用以下技术方案。

一种恒温恒压的高速摩擦装置，用于金属切削的刀-屑接触摩擦实验，所述摩擦装置包括摩擦副和对其加热的加热组件，还包括控制模块、测量摩擦副摩擦力的测力仪（2）、测量摩擦副摩擦界面温度的热红外成像仪（15）；摩擦副包括由销夹具（8）固定的销（11），还包括由外部机构驱动旋转的摩擦盘（12）；销夹具的移动由带伺服阀（17）的气缸（4）驱动；

加热组件以加热线圈（9）对销加热；加热线圈环绕于销处。

所述控制模块与加热组件相连，按温度测量结果来控制对销的加热，以使摩擦副摩擦面的温度恒定；所述控制模块与伺服阀相连，按摩擦力测量结果，通过控制气缸进气来控制气缸对销的输出压力，使销与摩擦盘间的压力恒定。

所述测力仪通过底板（1）安装于外部机构的滑座（14）处，加热组件以加热线圈（9）对销加热；测力仪上方安装有带导轨（7）的夹板（3）；所述导轨上安装有滑块（6）；所述滑块处设有加热线圈和与之相连的电压控制器（10）。

所述外部机构为机床。

所述加热线圈的热输出面朝向销的末端与中点之间的部位，以避免干扰热红外成像仪的热成像；加热线圈对销的上半段部位加热，经销本体的热传导使销整体升温；所述加热线圈与销之间的距离通过移动滑块来调整。