[发明专利]一种球形磨头预修硬脆材料摩擦副的高速摩擦测试方法

说明书

本发明公开了一种球形磨头预修硬脆材料摩擦副的高速摩擦测试方法，属于摩擦学测试及精密与超精密加工领域，通过将硬脆材料制成的摩擦盘固定在电主轴上，对该摩擦盘进行在线动平衡；然后采用球形磨头对该摩擦盘进行修盘，达到测试所需的端面跳动以及粗糙度要求；随后将对磨工具装夹在连有力反馈装置的夹具上，进行球‑盘测试、销‑盘测试等摩擦测试，摩擦盘以指定转速旋转，对磨工具与摩擦盘接触且两者间压力恒定在测试设定值，测试至设定时间结束，测量系统在此过程中采集摩擦力、声发射信号等物理量。本发明能够实现高速摩擦测试。

技术领域

本发明属于摩擦学测试及精密与超精密加工领域，具体涉及一种球形磨头预修硬脆材料摩擦副的高速摩擦测试方法。

背景技术

摩擦磨损发生在高速旋转机械、材料切削加工、机构往复运动等场合，摩擦系数及磨损历程对于零件材料的选择、结构设计、冷却润滑方式的选择等方面具有重要意义。其中高速摩擦磨损又有着和一般摩擦磨损不同的特征：①高速(线速度大于15m/s)产生的惯性力会影响润滑油的附着能力，将润滑油从摩擦区域挤出或甩出，造成摩擦系数的增大；②高速摩擦伴随着实际接触点的剧烈塑性变形，从而增加了接触点处的材料流动，减小了剪切阻力，进而减小了摩擦系数；③高速摩擦中实际接触点处的塑性变形导致了热量的产生和温度的上升，增加了摩擦副之间的化学亲和作用，从而增加了摩擦系数。鉴于高速摩擦物理过程的复杂性，高速摩擦磨损已经成为当前学术界研究的热点问题。

一般摩擦磨损的测试包括球盘、销盘、盘盘、四球等各种摩擦方法及其相关摩擦磨损试验机中，摩擦副在摩擦初期产生磨合作用，经过一段时间后摩擦状态达到稳定，进入稳定磨损阶段，此时仪器测量摩擦副的相对位移、摩擦力等物理量，计算出摩擦系数和磨损率。对于高速摩擦现有的试验方法存在以下问题：①高速过程中摩擦副实现磨合过程的条件较为苛刻，甚至不会出现稳定磨损阶段而直接到达严重磨损阶段；②高速摩擦过程的对磨工具磨损严重，即使达到了稳定磨损阶段，对磨工具的几何形状也已经发生了明显的改变，影响了测试的精度和准确性；③高速摩擦中高速旋转所产生的巨大惯性力严重影响了摩擦测试的精度。因为上述问题的限制，现有的商业摩擦磨损试验机的最高转速水平大概在5000rpm(直径50mm的摩擦盘)，线速度约合7.87m/s，难以达到高速摩擦的测试要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种球形磨头预修硬脆材料摩擦副的高速摩擦测试方法，旨在减少磨合过程，利用球形磨头对硬脆材料制成的摩擦盘进行在线修盘，保证摩擦副的形状精度和相对位置精度，同时通过动平衡增加摩擦过程的稳定性，力反馈装置可保证摩擦测试过程中对磨工具与摩擦盘间的压力恒定，从而实现高速摩擦测试。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种球形磨头预修硬脆材料摩擦副的摩擦测试方法，包括：

1)将硬脆材料制成的摩擦盘固定在电主轴上，摩擦盘可通过电主轴旋转；对该摩擦盘进行在线动平衡；

2)采用球形磨头对该摩擦盘进行修盘，以在摩擦盘表面形成端面跳动量优于IT1级，表面平均粗糙度Ra优于10nm的修盘区域，具体步骤如下：

2-1)球形磨头粗加工修盘：摩擦盘的转速范围为3000～10000rpm，球形磨头以8000～20000rpm的转速自转，同时从摩擦盘外侧以10～50μm的切深沿摩擦盘径向进给，进给速度范围为0.4～1.2mm/s，进给距离为摩擦盘直径的1/4～1/2；

2-2)球形磨头精加工修盘：摩擦盘的转速范围为3000～10000rpm，球形磨头以8000～20000rpm的转速自转，同时从摩擦盘外侧以2～10μm的切深沿摩擦盘径向进给，进给速度范围为0.1～0.3mm/s，进给距离为摩擦盘直径的1/4～1/2；

3)将对磨工具装夹在连有力反馈装置的夹具上；