[發明專利]一種磨粒剪切疲勞測試設備

在審

• 申請號: 201410851597.0
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104483210A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 郭樺;姜峰;徐西鵬;言蘭
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

技術領域

本發明涉及一種磨粒剪切疲勞測試設備。

背景技術

磨粒加工是一種達到高等級加工精度的常用加工方法，包括磨削、研磨、拋光等多種工藝形式，在磨粒加工中，磨粒和被加工材料發生接觸導致較軟的工件材料被去除，這個過程中，磨粒不可避免的受到剪切等動態載荷，發生磨損、破損等現象，進而影響磨粒工具的使用性能。因此磨粒在動態載荷下的抗剪切性能對于磨粒工具的性能有巨大影響。但是現在并沒有一種簡便、有效的方法對磨粒的剪切疲勞特性進行量化分析。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供了一種磨粒剪切疲勞測試設備，可以對不同材質磨粒的抗剪切性能進行對比測試，并確定發生剪切疲勞的循環次數，進一步的分析可以確定磨粒在滑動剪切過程中的破碎形式、破碎機理等問題，對于磨料制造和磨具設計等方面具有重要的理論指導意義。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案之一是：

一種磨粒剪切疲勞測試設備，包括磨粒6及與磨粒6發生剪切滑動的被劃擦試樣5；所述磨粒6固接在一工具頭7；還包括基座系統、超聲振動系統、測力系統和聲發射系統；

所述超聲振動系統裝接在基座系統上；所述工具頭7固接在超聲振動系統上；所述聲發射系統裝接于工具頭7；所述測力系統裝接在基座系統上；所述被劃擦試樣5固接在測力系統上；

通過基座系統調節被劃擦試樣5與磨粒6的相對位置；通過超聲振動系統使工具頭7發生振動從而實現磨粒6與被劃擦試樣5間發生剪切滑動；通過測力系統檢測磨粒6與被劃擦試樣5間力的動態變化；通過聲發射系統檢測磨粒6與被劃擦試樣5間剪切滑動過程中磨粒6達到疲勞破壞時的聲發射信號。

一實施例中：所述基座系統包括光學平板1，X軸滑臺3，Y軸滑臺2和Z軸滑臺11；Y軸滑臺2滑動裝接在光學平板1上且可沿Y軸方向滑動；X軸滑臺3滑動裝接在Y軸滑臺2上且可沿X軸方向滑動；Z軸滑臺11滑動裝接在光學平板1上且可沿Z軸方向滑動；所述X軸方向、Y軸方向與Z軸方向兩兩垂直；通過X軸滑臺3、Y軸滑臺2和Z軸滑臺11使被劃擦試樣5和工具頭7可在X軸方向、Y軸方向與Z軸方向上移動從而調節被劃擦試樣5與磨粒6的相對位置；

所述超聲振動系統包括超聲發生器，超聲變幅桿9和連接桿8；超聲變幅桿9裝接在Z軸滑臺11，超聲發生器傳動連接超聲變幅桿9；連接桿8固接在超聲變幅桿9上；所述工具頭7固接在連接桿8上；通過超聲發生器產生超聲振動并通過超聲變幅桿9和連接桿8傳遞至工具頭7以使工具頭7發生振動從而實現磨粒6與被劃擦試樣5間發生剪切滑動；

所述測力系統包括力傳感器4，第一電荷放大器和第一數據采集卡；力傳感器4固接在X軸滑臺3上，該第一電荷放大器信號連接力傳感器4，該第一數據采集卡信號連接第一電荷放大器；所述被劃擦試樣5固接在力傳感器4；

所述聲發射系統包括聲發射傳感器，第二電荷放大器和第二數據采集卡；所述聲發射傳感器裝設于工具頭7內，該第二電荷放大器信號連接聲發射傳感器，該第二數據采集卡信號連接第二電荷放大器。

一實施例中：所述磨粒6為普通磨粒或超硬磨粒，該磨粒6粒度大于38μm。

一實施例中：所述被劃擦試樣5經過研磨拋光處理以使其表面粗糙度不大于Ra0.1μm，該被劃擦試樣5用超聲清洗機清洗后固接在力傳感器4。

一實施例中：所述連接桿8為帶錐度螺釘；所述連接桿8螺接在超聲變幅桿9上。

一實施例中：所述X軸滑臺3由步進電機驅動，其步進精度優于11μm；所述Y軸滑臺2由步進電機驅動，其步進精度優于11μm；所述Z軸滑臺11由步進電機驅動，其步進精度優于0.35μm。

一實施例中：所述力傳感器4的性能參數為：測力范圍為-25N～25N，測力精度高于0.0025N，采樣頻率高于8KHz；所述聲發射傳感器的性能參數為：頻率范圍為48～1010kHz，諧振頻率大于78kHz，靈敏度峰值大于65dB；所述超聲發生器的性能參數為：振動頻率f＝18～42KHz，振幅范圍為0～22μm。

一實施例中：所述第一電荷放大器與第二電荷放大器為同一電荷放大器；所述第一數據采集卡與第二數據采集卡為同一數據采集卡。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案之二是：

一種磨粒剪切疲勞測試設備的使用方法，包括：

1)通過X軸滑臺3和Y軸滑臺2調整被劃擦試樣5在X軸方向與Y軸方向上的位置使其正對磨粒6；

2)通過Z軸滑臺11調整工具頭7在Z軸方向上的位置使磨粒6與被劃擦試樣5剛好接觸；