本發(fā)明屬于材料失效機理研究領域，特別是涉及一種考慮機械—熱沖擊循環(huán)載荷作用的涂層失效試驗裝置。

背景技術：

硬質合金涂層刀具由于其優(yōu)良的銑削性能而廣泛應用于各種金屬材料的機械加工中，尤其在高速銑削、干式銑削等領域有著不可替代的作用。

在高速銑削工件（尤其是難加工材料工件）的過程中，涂層刀具會受到較高的機械沖擊和熱沖擊循環(huán)共同作用的影響，涂層部位常常出現(xiàn)裂紋、磨損甚至剝落等現(xiàn)象，嚴重影響其銑削性能及加工效率，也會使涂層刀具喪失應有的銑削能力。

目前，通過查閱相關文獻資料，考慮機械—熱沖擊載荷對涂層失效機理研究的試驗裝置很少，因此需要這樣一種綜合考慮機械—熱沖擊循環(huán)載荷作用的涂層失效試驗裝置，能為機械—熱沖擊循環(huán)載荷作用的涂層失效行為機理研究提供試驗依據(jù)。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種結構簡單、操作方便的考慮機械—熱沖擊循環(huán)載荷作用的涂層失效試驗裝置。

本發(fā)明專利采用的技術方案是：一種考慮機械—熱沖擊循環(huán)載荷作用的涂層失效試驗裝置。包括底板、減速電機、曲柄滑塊機構、金屬材料試樣、硬質合金涂層平板、測力傳感器、固定座、上滑道、下滑道、紅外測溫器及電加載裝置；所述的底板上固定有所述的減速電機、滑塊支座及下滑道；所述的減速電機、曲柄滑塊機構、金屬材料試樣依次順序聯(lián)接；所述的硬質合金涂層平板、測力傳感器通過固定座固定，固定座與上滑道固定；所述的紅外測溫器和電加載裝置均放置于底板上；金屬材料試樣和硬質合金涂層平板分別與電加載裝置的正負極相連。該裝置可通過金屬材料試樣循環(huán)撞擊硬質合金涂層平板產(chǎn)生機械沖擊，通過旋轉絲桿旋鈕使絲桿上的調(diào)節(jié)滑塊移動，通過調(diào)節(jié)螺釘固定住調(diào)節(jié)滑塊，實現(xiàn)曲柄長度的可調(diào)，從而可以達到控制金屬材料試樣的移動距離，進而控制機械沖擊力的大小，并通過測力傳感器能實時的監(jiān)測到?jīng)_擊力的變化情況。同時，通過電路短路在接觸點處產(chǎn)生熱沖擊來實驗模擬涂層失效的過程。電路發(fā)生短路時，接觸點處會瞬間產(chǎn)生大量熱，給接觸處造成熱沖擊；熱沖擊的大小可通過電加載裝置調(diào)節(jié)控制電路中電流的大小來控制；同時還可通過調(diào)試控制電路來避免產(chǎn)生弧光放電；并通過紅外測溫探頭能實時監(jiān)測接觸點瞬時溫度變化情況。該裝置的金屬材料試樣在循環(huán)撞擊硬質合金涂層平板的過程中，硬質合金涂層平板能在受到機械沖擊后，又受到熱沖擊，熱沖擊結束后，機械沖擊也接著結束，從而實現(xiàn)了機械—熱沖擊循環(huán)載荷的共同作用。

本發(fā)明的有益效果是：該裝置結構簡單、操作簡便，巧妙的實現(xiàn)了機械—熱沖擊循環(huán)載荷加載、共同作用的問題，并且可自由控制機械沖擊力和熱沖擊的大小；可以在機械—熱沖擊循環(huán)載荷作用下研究涂層失效行為，為硬質合金涂層刀具銑削難加工材料過程中機械—熱沖擊循環(huán)作用下涂層失效的研究奠定實驗基礎。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

圖1為本發(fā)明裝置的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明對應圖1中A處的局部結構示意圖。

圖3為本發(fā)明裝置中可調(diào)曲柄機構的分解示意圖。

圖4為本發(fā)明裝置中載荷波形與電流波形對比圖。

圖5為本發(fā)明裝置試驗過程的流程圖。

圖中，1-減速電機，2-圓盤，3-調(diào)節(jié)曲柄，4-調(diào)節(jié)滑塊，5-絲桿，6-連桿，7-滑塊支座，8-探頭支架，9-紅外測溫探頭，10-圓柱階梯滑塊，11-金屬材料試樣，12-下滑道，13-上滑道，14-固定座，15-緊固條，16-硬質合金涂層平板，17-耐熱絕緣平板，18-測力傳感器，19-電加載裝置，20-紅外測溫器，21-底板，22-軸承，23-內(nèi)軸承蓋，24-調(diào)節(jié)螺釘，25-外軸承蓋，26-絲桿旋鈕。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖1至圖5所示，本發(fā)明包括底板21、減速電機1、曲柄滑塊機構、金屬材料試樣11、硬質合金涂層平板16、測力傳感器18、固定座14、上滑道13、下滑道12、紅外測溫器20及電加載裝置19；所述的底板21上固定有所述的減速電機1、滑塊支座7及下滑道12；所述的減速電機1、曲柄滑塊機構、金屬材料試樣11依次順序聯(lián)接；所述的硬質合金涂層平板16、耐熱絕緣平板17、測力傳感器18通過緊固條15與固定座14固定，固定座14與上滑道13固定，上滑道13、下滑道12可自由滑動和固定；金屬材料試樣11和硬質合金涂層平板16分別與電加載裝置19的正負極相連。

所述的曲柄滑塊機構包括圓盤2、調(diào)節(jié)曲柄3、調(diào)節(jié)滑塊4、調(diào)節(jié)螺釘24、絲桿5、絲桿旋鈕26、軸承22、內(nèi)軸承蓋23、外軸承蓋25、連桿6、圓柱階梯滑塊10及滑塊支座7。調(diào)節(jié)曲柄3通過螺釘固定在圓盤2上，調(diào)節(jié)曲柄3與調(diào)節(jié)滑塊4之間通過絲杠傳動聯(lián)接，絲桿5一端設有絲桿旋鈕26，用于旋轉絲桿5，絲桿5與調(diào)節(jié)曲柄3之間安有軸承22，通過內(nèi)軸承蓋23、外軸承蓋25固定。同時調(diào)節(jié)滑塊4兩側設有調(diào)節(jié)螺釘24，用于與調(diào)節(jié)曲柄3之間的自由可調(diào)固定。調(diào)節(jié)滑塊4與連桿6、連桿6與圓柱階梯滑塊10之間均為轉動副聯(lián)接。

所述的圓柱階梯滑塊10另一端裝夾有金屬材料試樣11，兩者螺紋聯(lián)接。所述的滑塊支座7、連桿6、緊固條15及固定座14的制作材料均為絕熱絕緣材料。在形成電流回路時能絕緣電流和熱對其他裝置的影響。金屬材料試樣11呈圓柱形，外側端部為半球狀。所述的紅外測溫器20和電加載裝置19均放置于底板21上，紅外測溫探頭9與紅外測溫器20相連，并通過探頭支架8固定在滑塊支座7頂部，紅外測溫探頭9旋轉角度自由可調(diào)。

具體操作過程如下：

（1）開啟減速電機1，帶動圓盤2轉動，固定在圓盤2上的調(diào)節(jié)曲柄3和與調(diào)節(jié)滑塊4轉動副聯(lián)接的連桿6，使圓柱階梯滑塊10在滑塊支座7內(nèi)帶動金屬材料試樣11循環(huán)往返移動，通過調(diào)節(jié)上滑道13、下滑道12的相對位置，可控制硬質合金涂層平板16與金屬材料試樣11之間的距離，然后通過滑道內(nèi)的螺栓聯(lián)接使上滑道13、下滑道12相對位置固定；

（2）通過旋轉絲桿旋鈕26來控制調(diào)節(jié)曲柄3內(nèi)的絲桿5，使絲桿5上的調(diào)節(jié)滑塊4移動，然后通過兩端的調(diào)節(jié)螺釘24固定住調(diào)節(jié)滑塊4，通過調(diào)節(jié)曲柄的長度，從而達到控制金屬材料試樣11的移動距離，進而控制機械沖擊力大小的目的。在此過程中，受到機械沖擊的硬質合金涂層平板16通過耐熱絕緣平板17，將機械沖擊力傳遞給測力傳感器18，測力傳感器18能實時的監(jiān)測到?jīng)_擊力的變化情況，結果通過數(shù)據(jù)采集器以及計算機處理后能實時觀察到載荷波形，并能實時測量出沖擊載荷大小、頻率、占空比等；

（3）開啟電加載裝置19，電加載裝置19的電源兩極分別接到金屬材料試樣11與硬質合金涂層平板16上，電加載裝置19經(jīng)過控制電路1給金屬材料試樣11和硬質合金涂層平板16通入目標矩形波脈沖電流，控制電路2能調(diào)節(jié)目標脈沖電流大小、頻率、占空比等，然后通過示波器觀察電流波形。通過觀察記錄載荷波形與電流波形信息，當兩者波形頻率相同、電流占空比小于載荷占空比、t1小于t2時，調(diào)試完成。當金屬材料試樣11與硬質合金涂層平板16撞擊接觸時，電路回路產(chǎn)生，電路發(fā)生短路，在兩者接觸處阻力最大。根據(jù)焦耳定律，接觸點處會瞬間產(chǎn)生大量熱，給接觸處造成熱沖擊，同時當載荷產(chǎn)生后才加載電流，且載荷卸載前電流變?yōu)榱悖瑹釠_擊的大小基本能穩(wěn)定，不至于產(chǎn)生弧光放電。熱沖擊的大小可通過調(diào)節(jié)電加載裝置19中控制電路2電流的大小來控制；所述的紅外測溫探頭9能準確測出兩者接觸點處時的瞬時溫度變化情況，并將結果輸出到計算機；

（4）記錄數(shù)據(jù)，通過測得的機械沖擊力值和接觸點溫度值，并結合實驗后涂層試樣表面的損傷情況來研究機械—熱沖擊循環(huán)載荷共同作用下涂層失效行為，為研究在機械—熱沖擊載荷作用下硬質合金涂層刀具銑削金屬材料時刀具涂層失效行為奠定實驗基礎。