本實用新型屬于材料失效機理研究領(lǐng)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(shù)：

硬質(zhì)合金涂層刀具由于其優(yōu)良的銑削性能而廣泛應(yīng)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(lǐng)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(yán)重影響其銑削性能及加工效率，也會使涂層刀具喪失應(yīng)有的銑削能力。

目前，通過查閱相關(guān)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(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種結(jié)構(gòu)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。

本實用新型專利采用的技術(shù)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(gòu)、金屬材料試樣、硬質(zhì)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(gòu)、金屬材料試樣依次順序聯(lián)接；所述的硬質(zhì)合金涂層平板、耐熱絕緣平板、測力傳感器通過緊固條與固定座固定，固定座與上滑道固定，上滑道、下滑道可自由滑動和固定；所述的金屬材料試樣和硬質(zhì)合金涂層平板分別與電加載裝置的正負極相連。所述的曲柄滑塊機構(gòu)包括圓盤、調(diào)節(jié)曲柄、調(diào)節(jié)滑塊、調(diào)節(jié)螺釘、絲桿、絲桿旋鈕、軸承、內(nèi)軸承蓋、外軸承蓋、連桿、圓柱階梯滑塊及滑塊支座。所述的緊固條及固定座的制作材料為絕熱絕緣材料；所述的金屬材料試樣呈圓柱形，外側(cè)端部為半球狀；所述的紅外測溫器和電加載裝置均放置于底板上，紅外測溫探頭與紅外測溫器相連，并通過探頭支架固定在滑塊支座頂部。所述的調(diào)節(jié)曲柄固定在圓盤上，調(diào)節(jié)曲柄與調(diào)節(jié)滑塊之間通過絲杠傳動聯(lián)接，絲桿一端設(shè)有絲桿旋鈕，絲桿與調(diào)節(jié)曲柄之間設(shè)置有軸承，通過內(nèi)軸承蓋、外軸承蓋固定。所述的調(diào)節(jié)滑塊兩側(cè)設(shè)有調(diào)節(jié)螺釘，其與連桿、連桿與圓柱階梯滑塊之間均為轉(zhuǎn)動副聯(lián)接。所述的圓柱階梯滑塊另一端裝夾有金屬材料試樣，兩者螺紋聯(lián)接；所述的滑塊支座、連桿的制作材料均為絕熱絕緣材料。該裝置可通過金屬材料試樣循環(huán)撞擊硬質(zhì)合金涂層平板產(chǎn)生機械沖擊，通過旋轉(zhuǎn)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?zāi)M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(zhì)合金涂層平板的過程中，硬質(zhì)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(jié)束后，機械沖擊也接著結(jié)束，從而實現(xiàn)了機械—熱沖擊循環(huán)載荷的共同作用。

本實用新型的有益效果是：該裝置結(jié)構(gòu)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(zhì)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(chǔ)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。

圖1為本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型對應(yīng)圖1中A處的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實用新型裝置中可調(diào)曲柄機構(gòu)的分解示意圖。

圖4為本實用新型裝置中載荷波形與電流波形對比圖。

圖5為本實用新型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(zhì)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(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明。

如圖1至圖5所示，本實用新型包括底板21、減速電機1、曲柄滑塊機構(gòu)、金屬材料試樣11、硬質(zhì)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(gòu)、金屬材料試樣11依次順序聯(lián)接；所述的硬質(zhì)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(zhì)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(gòu)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(shè)有絲桿旋鈕26，用于旋轉(zhuǎn)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(cè)設(shè)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(zhuǎn)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(cè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)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(zhuǎn)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(zhì)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(jié)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(zhì)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(zhì)合金涂層平板16通入目標(biāo)矩形波脈沖電流，控制電路2能調(diào)節(jié)目標(biāo)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(dāng)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(dāng)金屬材料試樣11與硬質(zhì)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(dāng)載荷產(chǎn)生后才加載電流，且載荷卸載前電流變?yōu)榱?，熱沖擊的大小基本能穩(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(zhǔn)確測出兩者接觸點處時的瞬時溫度變化情況，并將結(jié)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(jié)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(zhì)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(chǔ)。