本发明专利技术涉及一种用于振动辅助划痕测试的装置与方法，属于精密测试领域。振动辅助划痕测试装置主要由龙门架、z轴电机平台、精密加载模块、精密测量模块、压头、振动辅助模块、x轴电机平台、y轴电机平台和底座组成。在振动辅助划痕测试方法中，首先将待测试样粘贴到载物台上，然后控制z轴电机平台下压使压头接触到试样，之后抬起脱离接触同时运动y轴电机平台使压头与接触压痕错开，再控制精密加载模块加载到指定划痕载荷，控制振动辅助模块按照设定的振幅频率进行振动同时控制x轴电机平台按设定速度进行划痕测试，最后控制精密加载模块向上运动进行载荷卸载。运动进行载荷卸载。运动进行载荷卸载。
【技术实现步骤摘要】
一种用于振动辅助划痕测试的装置与方法
[0001]本专利技术涉及精密测试领域，特别涉及一种用于振动辅助划痕测试的装置与方法，其结合了划痕测试技术与精密驱动技术，在划痕测试中加入了微纳米级别的振动，能够测试振动对摩擦系数、划痕深度和宽度的影响，有望揭示振动辅助材料去除机制，为振动辅助加工提供理论指导。
技术介绍
[0002]近年来，随着制造技术和材料科学的发展，高硬度、高耐磨性和耐温性的先进材料(如钛合金、航空航天工业用碳纤维增强复合材料、氧化锆生物陶瓷、碳化硅半导体材料等)在航空航天和生物医药等工业领域得到了广泛应用。对于这些先进材料，传统加工工艺(车削、铣削、磨削等)存在切削力大、切削温度高、表面质量差等各种缺点。超声振动辅助加工是一种将精密加工与小振幅刀具振动相结合的混合制造技术，其原理是利用高频振动会出现周期性间歇加工的现象，使材料的去除机制发生根本性的改变。与传统加工相比，高频小振幅超声振动加工工艺对先进材料具有良好的加工性能。
[0003]尽管振动辅助加工有助于提高材料去除率、加工精度，减少刀具磨损，但目前超声辅助加工的相关机理并不明确。相较于机床加工，划痕测试可以在微纳米尺度下测量刻划过程中的轴向力、摩擦力和穿透深度。因此，提出一种用于振动辅助划痕测试的装置与方法，有助于深入研究振动辅助加工中材料去除机理和刀具磨损机制。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于振动辅助划痕测试的装置与方法，解决了现有技术存在的上述问题。本专利技术在划痕测试中加入了微纳米级别的振动，能够测试振动对摩擦系数、划痕深度和宽度的影响。
[0005]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种用于振动辅助划痕测试的装置，其特征在于：振动辅助划痕测试装置主要由龙门架(1)、z轴电机平台(2)、精密加载模块(3)、精密测量模块(4)、压头(5)、振动辅助模块(6)、x轴电机平台(7)、y轴电机平台(8)和底座(9)组成；
[0007]所述的精密加载模块(3)由精密加载模块底板(301)、柔性铰链(302)、大楔形块组合(303)、大压电叠堆(304)和精密加载模块盖板(305)组成；
[0008]所述的精密测量模块(4)由传感器保护盖(401)和两向力传感器(402)组成；
[0009]所述的振动辅助模块(6)由振动辅助模块底板(601)、柔性铰链(602)、小楔形块组合(603)、小压电叠堆(604)、振动辅助模块盖板(605)和载物台(606)组成。
[0010]根据所述的一种用于振动辅助划痕测试的装置，其特征在于：z轴电机平台(2)通过螺栓安装在龙门架(1)上，精密加载模块(3)通过螺栓安装在z轴电机平台(2)上，精密测量模块(4)通过螺栓安装在精密加载模块(3)上，y轴电机平台(8)通过螺栓安装在底座(9)上，x轴电机平台(7)通过螺栓安装在y轴电机平台(8)上，振动辅助模块(6)通过螺栓安装在
x轴电机平台(7)上。
[0011]应用所述的一种用于振动辅助划痕测试的装置开展振动辅助划痕测试的方法，其特征在于在划痕测试中加入沿划痕方向微纳尺度的振动，具体包括以下步骤：
[0012]步骤一、完成振动辅助划痕测试装置装配，并将待测试样粘贴到载物台(606)上；
[0013]步骤二、控制z轴电机平台(2)下压使压头(5)接触到试样，之后抬起脱离接触，再控制y轴电机平台(8)运动使压头(5)与接触压痕错开；
[0014]步骤三、控制精密加载模块(3)带动压头(5)下压加载到指定划痕载荷；
[0015]步骤四、控制振动辅助模块(6)按照设定的振幅频率进行振动，之后控制x轴电机平台(7)按设定速度进行振动辅助划痕测试；
[0016]步骤五、x轴电机平台(7)运动到指定划痕长度后，控制振动辅助模块(6)停止振动，控制精密加载模块(3)向上运动进行载荷卸载。
附图说明
[0017]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0018]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0019]图2为本专利技术的精密加载模块(3)示意图；
[0020]图3为本专利技术的精密测量模块(4)示意图；
[0021]图4为本专利技术的振动辅助模块(6)示意图；
[0022]图5为1050铝合金振动辅助划痕测试的残余划痕形貌；
[0023]图6为1050铝合金振动辅助划痕测试中残余划痕宽度、摩擦系数与振动频率的关系。
[0024]图中：1、龙门架；2、z轴电机平台；3、精密加载模块；4、精密测量模块；5、压头；6、振动辅助模块；7、x轴电机平台；8、y轴电机平台；9、底座；301、精密加载模块底板；302、柔性铰链；303、大楔形块组合；304、大压电叠堆；305、精密加载模块盖板；401、传感器保护盖；402、两向力传感器；601、振动辅助模块底板；602、柔性铰链；603、小楔形块组合；604、小压电叠堆；605、振动辅助模块盖板；606、载物台。
具体实施方式
[0025]下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及其具体实施方式。
[0026]参见图1所示，一种用于振动辅助划痕测试的装置，其特征在于：振动辅助划痕测试装置主要由龙门架(1)、z轴电机平台(2)、精密加载模块(3)、精密测量模块(4)、压头(5)、振动辅助模块(6)、x轴电机平台(7)、y轴电机平台(8)和底座(9)组成；
[0027]参见图2所示，所述的精密加载模块(3)由精密加载模块底板(301)、柔性铰链(302)、大楔形块组合(303)、大压电叠堆(304)和精密加载模块盖板(305)组成；
[0028]参见图3所示，所述的精密测量模块(4)由传感器保护盖(401)和两向力传感器(402)组成；
[0029]参见图4所示，所述的振动辅助模块(6)由振动辅助模块底板(601)、柔性铰链(602)、小楔形块组合(603)、小压电叠堆(604)、振动辅助模块盖板(605)和载物台(606)组
成。
[0030]根据所述的一种用于振动辅助划痕测试的装置，其特征在于：z轴电机平台(2)通过螺栓安装在龙门架(1)上，精密加载模块(3)通过螺栓安装在z轴电机平台(2)上，精密测量模块(4)通过螺栓安装在精密加载模块(3)上，y轴电机平台(8)通过螺栓安装在底座(9)上，x轴电机平台(7)通过螺栓安装在y轴电机平台(8)上，振动辅助模块(6)通过螺栓安装在x轴电机平台(7)上。
[0031]应用所述的一种用于振动辅助划痕测试的装置开展振动辅助划痕测试的方法，其特征在于在划痕测试中加入沿划痕方向微纳尺度的振动，具体包括以下步骤：
[0032]步骤一、完成振动辅助划痕测试装置装配，并将待测试样粘贴到载物台(606)上；
[0033]步骤二、控制z轴电机平台(2)下本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于振动辅助划痕测试的装置，其特征在于：振动辅助划痕测试装置主要由龙门架(1)、z轴电机平台(2)、精密加载模块(3)、精密测量模块(4)、压头(5)、振动辅助模块(6)、x轴电机平台(7)、y轴电机平台(8)和底座(9)组成；所述的精密加载模块(3)由精密加载模块底板(301)、柔性铰链(302)、大楔形块组合(303)、大压电叠堆(304)和精密加载模块盖板(305)组成；所述的精密测量模块(4)由传感器保护盖(401)和两向力传感器(402)组成；所述的振动辅助模块(6)由振动辅助模块底板(601)、柔性铰链(602)、小楔形块组合(603)、小压电叠堆(604)、振动辅助模块盖板(605)和载物台(606)组成。2.根据权利要求1所述的一种用于振动辅助划痕测试的装置，其特征在于：z轴电机平台(2)通过螺栓安装在龙门架(1)上，精密加载模块(3)通过螺栓安装在z轴电机平台(2)上，精密测量模块(4)通过螺栓安装在精密加载模...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄虎，吴浩翔，刘通，刘宇欣，何贵浩，王博，张浩飞，黄雅明，姚远，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。