本实用新型专利技术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）；本实用新型专利技术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。有效提高了实验的可靠性和效率。有效提高了实验的可靠性和效率。
【技术实现步骤摘要】
一种恒温恒压的高速摩擦装置
[0001]本技术涉及实验设备
，尤其是一种恒温恒压的高速摩擦装置。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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
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屑接触面的温升是由于剪切带的材料大变形和刀
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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<br/>‑
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。
[0004]目前的实验设备不易实现上述需求，需要改进。
技术实现思路
[0005]本技术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。
[0006]本技术采用以下技术方案。
[0007]一种恒温恒压的高速摩擦装置，用于金属切削的刀
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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；
[0008]加热组件以加热线圈（9）对销加热；加热线圈环绕于销处。
[0009]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。
[0010]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）。
[0011]所述外部机构为机床。
[0012]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。
[0013]所述销夹具安装于气缸的活塞杆（5）处；销夹具以紧固件固定销，使销的前端与摩擦盘接触，机床以三爪卡盘（13）固定摩擦盘并驱动其旋转。
[0014]所述控制模块为单片机或PLC。
[0015]本技术装置有以下有益效果：
[0016]1、结构简单，可快速实现试验平台的搭建；相比于一般的摩擦试验机，本技术装置基于车床搭建，稳定性更高；
[0017]2、感应加热装置结构简单，可以通过感应原理（红外线热辐射或电磁涡流效应）实现销的快速加热，节省了实验时间；一个摩擦盘可进行多组实验参数的实验，提高了实验效率；
[0018]3、通过PID控制对温度和接触压力进行精准控制，保证了实验结果的可靠性。
[0019]本技术在实验过程中仅对销进行加热，因此无须大直径的摩擦盘和大直径的加热线圈，避免了因装置笨重而增大危险系数。
附图说明
[0020]下面结合附图和具体实施方式对本技术进一步详细的说明：
[0021]附图1是本技术所述装置的示意图；
[0022]附图2是测力仪的安装示意图；
[0023]附图3是加热组件的安装示意图；
[0024]附图4是摩擦副的安装示意图；
[0025]附图5是温度调控示意图；
[0026]附图6是压力调控示意图；
[0027]附图7是测温过程示意图；
[0028]图中：1
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底板、2
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测力仪、3
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夹板、4
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气缸、5
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活塞杆、6
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滑块、7
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导轨、8
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销夹具、9
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感应线圈、10
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电压控制器、11
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销、12
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摩擦盘、13
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三爪卡盘、14
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车床滑座、15
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热红外成像仪、16
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控制模块的温度控制器、17
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伺服阀、18
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控制模块的压力控制器、19
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气泵。
具体实施方式
[0029]如图所示，一种恒温恒压的高速摩擦装置，用于金属切削的刀
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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；
[0030]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。
[0031]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。
[0032]所述外部机构为机床。
[0033]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。
[0034]所述销本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种恒温恒压的高速摩擦装置，用于金属切削的刀
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屑接触摩擦实验，其特征在于：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）。2.根据权利要求1所述的一种恒温恒压的高速摩擦装置，其特征在于：所...
【专利技术属性】
技术研发人员：俞建超，丁宇星，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：新型
国别省市：
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