JP2013050428A - Abrasion testing method, and abrasion testing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試料の耐摩耗性、特には３元アブレシブ摩耗性を評価する摩耗試験方法及び該方法を実施する際に使用する摩耗試験機に関するものである。 The present invention relates to a wear test method for evaluating the wear resistance of a sample, in particular, ternary abrasive wear, and a wear tester used in carrying out the method.
メリヤス編機の針等の機械部品や刃物に使用される炭素工具鋼及び合金工具鋼等の金属材料の耐摩耗性を評価する方法として、摺動面間に硬質遊離粒子を供給するピンオンディスク法が知られている。そして特開２００１−２０８６６５号公報（特許文献１）には、従来のピンオンディスク法による摩耗試験装置が開示されている。 A pin-on-disk that supplies hard free particles between sliding surfaces as a method of evaluating the wear resistance of metal materials such as carbon tool steel and alloy tool steel used for mechanical parts such as needles of knitting machines and blades. The law is known. Japanese Patent Laid-Open No. 2001-208665 (Patent Document 1) discloses a conventional wear test apparatus using a pin-on-disk method.
特許文献１に示されるような従来のピンオンディスク法では、試験後の試料の体積や重量の変化量を摩耗量とし、この摩耗量に基づいて耐摩耗性の評価を行っている。しかしながら試料の初期摩耗の特性について試験したい場合には、初期摩耗の摩耗量が非常に微小であるため、電子天秤等の分析用の天秤を用いて重量を測定しても、摩耗量が測定範囲外となってしまい、試料の初期摩耗の評価を行うことができないという問題がある。また従来のピンオンディスク法では、電子天秤等の分析用の天秤で測定できる程度まで試料を摩耗しなければならないために、硬質粒子径が極めて小さい試料のように、摩耗量が少ない試料を試験する場合には、摩耗試験に時間がかかってしまうという問題が生じていた。 In the conventional pin-on-disk method as disclosed in Patent Document 1, the amount of change in the volume and weight of the sample after the test is set as the wear amount, and the wear resistance is evaluated based on the wear amount. However, if you want to test the characteristics of the initial wear of the sample, the wear amount of the initial wear is very small, so even if you measure the weight using an analytical balance such as an electronic balance, the wear amount is within the measuring range. There is a problem that the initial wear of the sample cannot be evaluated. Also, with the conventional pin-on-disk method, the sample must be worn to such an extent that it can be measured with an analytical balance such as an electronic balance. In this case, there has been a problem that the wear test takes time.
また従来のピンオンディスク法による摩耗試験により得られた試験結果は、実際の機械部品や刃物で生じる３元アブレシブ摩耗の結果と合致しておらず、ピンオンディスク法では３元アブレシブ摩耗を模擬的に評価することができない問題があった。 In addition, the test results obtained by the conventional pin-on-disk wear test do not match the results of ternary abrasive wear caused by actual machine parts and blades. The pin-on-disk method simulates ternary abrasive wear. There was a problem that could not be evaluated.
さらに従来のピンオンディスク法で試料が板形状である場合には、バフ等の研磨部材と試料が面接触した状態で摩耗試験が行われる。そのため試料が、いわゆるびびり振動と呼ばれる微小振動をしている。微小振動が発生すると、同一条件における摩耗試験でも試験結果にばらつきが生じて、耐摩耗性データの再現性が低くなってしまうことがある。 Further, when the sample is plate-shaped by the conventional pin-on-disk method, the wear test is performed in a state where the polishing member such as a buff and the sample are in surface contact. Therefore, the sample vibrates minutely called chatter vibration. When minute vibrations are generated, test results may vary even in wear tests under the same conditions, and the reproducibility of wear resistance data may be reduced.
さらに、刃付けを必要とする工具等においては、工具等の面の耐摩耗性だけでなく、刃先の先端やエッジの耐摩耗性が重要となる。しかしながら、従来の摩耗試験に用いられている摩耗試験機は、エッジの摩耗試験に適しておらず、エッジの耐摩耗性を正確に評価できないという問題があった。 Furthermore, in tools and the like that require cutting, not only the wear resistance of the surface of the tool, but also the wear resistance of the tip and edge of the cutting edge are important. However, the abrasion tester used in the conventional abrasion test is not suitable for the edge abrasion test, and there is a problem that the abrasion resistance of the edge cannot be accurately evaluated.
本発明の目的は、試料の初期摩耗の評価を行うことができる摩耗試験方法及び摩耗試験装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a wear test method and a wear test apparatus capable of evaluating initial wear of a sample.
上記目的に加えて、本発明の他の目的は、試験時間を短くすることができる摩耗試験方法及び摩耗試験装置を提供することにある。 In addition to the above object, another object of the present invention is to provide a wear test method and a wear test apparatus that can shorten the test time.
上記目的に加えて、本発明のさらに他の目的は、実際の３元アブレシブ摩耗を模擬的に評価することができる摩耗試験方法及び摩耗試験装置を提供することにある。 In addition to the above object, still another object of the present invention is to provide a wear test method and a wear test apparatus that can evaluate actual three-way abrasive wear in a simulated manner.
本発明のさらに他の目的は、エッジ部の摩耗を評価することができる摩耗試験方法及び摩耗試験装置を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a wear test method and a wear test apparatus capable of evaluating wear of an edge portion.
本発明のさらに他の目的は、試験片が微小振動することのない摩耗試験方法及び摩耗試験装置を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a wear test method and a wear test apparatus in which a specimen does not vibrate slightly.
本発明のさらに他の目的は、耐摩耗性データの再現性に優れた摩耗試験方法及び摩耗試験装置を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a wear test method and a wear test apparatus excellent in reproducibility of wear resistance data.
本発明の摩耗試験方法は、研磨工程と、摩耗工程と、評価工程とを実施する。研磨工程では、試料の隣接する２面を鏡面研磨して隣接する２面の交点にエッジを形成する。摩耗工程では、試料のエッジを研磨用バフの表面に一定の接触圧で接触させた状態で、試料と研磨用バフとの間に予め定めた相対運動を生じさせてエッジを摩耗させる。そして評価工程では、エッジに形成された摩耗面の幅（エッジが延びる方向と直交する方向の摩耗面の寸法）を測定して試料の耐摩耗性を評価する。本発明の摩耗試験方法によれば、試料はエッジのみが研磨用バフと線接触した状態から徐々に面接触へと摩耗が進行する。そのため、試験開始当初から試験片が微小振動（びびり振動）することがない。またエッジは、試験開始当初においても十分に摩耗するため、試験結果にばらつきが生じなくなり、耐摩耗性データの再現性を高めることができる。さらに本発明の摩耗試験方法によれば、摩耗面の幅により試料の耐摩耗性を評価しているので、分析用の天秤等で重量変化を把握できる程度まで試料を摩耗させる必要が無い。そのため、試料の初期摩耗の評価を行うことができる。また少ない摩耗量で評価をすることができるので、試験時間を短くすることができる。さらに、本発明の摩耗試験方法により得られた試験結果は、実際の機械部品や刃物で生じる３元アブレシブ摩耗の結果と合致する。そのため、本発明によれば、実際の３元アブレシブ摩耗を模擬的に評価することができる。 The wear test method of the present invention performs a polishing process, a wear process, and an evaluation process. In the polishing step, two adjacent surfaces of the sample are mirror-polished to form an edge at the intersection of the two adjacent surfaces. In the abrasion process, the edge of the sample is worn by causing a predetermined relative movement between the sample and the polishing buff while the edge of the sample is in contact with the surface of the polishing buff with a constant contact pressure. In the evaluation step, the width of the wear surface formed on the edge (the size of the wear surface in the direction orthogonal to the direction in which the edge extends) is measured to evaluate the wear resistance of the sample. According to the wear test method of the present invention, the sample gradually wears from the state where only the edge is in line contact with the polishing buff to the surface contact. Therefore, the test piece does not vibrate slightly (chatter vibration) from the beginning of the test. Further, since the edge is sufficiently worn even at the beginning of the test, the test result does not vary and the reproducibility of the wear resistance data can be improved. Furthermore, according to the wear test method of the present invention, since the wear resistance of the sample is evaluated based on the width of the worn surface, it is not necessary to wear the sample to such an extent that a change in weight can be grasped with an analytical balance or the like. Therefore, the initial wear of the sample can be evaluated. In addition, since the evaluation can be performed with a small amount of wear, the test time can be shortened. Furthermore, the test results obtained by the wear test method of the present invention agree with the results of ternary abrasive wear occurring on actual machine parts and blades. Therefore, according to the present invention, actual three-way abrasive wear can be evaluated in a simulated manner.
研磨工程では、隣接する２面の間の内角が９０°になるように２面を鏡面研磨してもよい。接する２面の間の内角を９０°にすると、研磨工程における試料の研磨が容易となり、隣接する２面の交点に簡単にエッジを形成することができる。 In the polishing step, the two surfaces may be mirror-polished so that the inner angle between the two adjacent surfaces is 90 °. When the inner angle between the two contacting surfaces is 90 °, the sample can be easily polished in the polishing step, and an edge can be easily formed at the intersection of the two adjacent surfaces.
試料の隣接する２面と研磨用バフの間との角度はそれぞれ等しいことが好ましい。このようにすると、隣接する２面がエッジを中心にして均等に摩耗していく。そのため、バラツキの少ない試験結果を得ることができる。 The angles between the two adjacent surfaces of the sample and the polishing buff are preferably equal. In this way, the two adjacent surfaces wear evenly around the edge. Therefore, a test result with little variation can be obtained.
相対運動は、試料及び試験用バスの一方または両方を移動させて生じさせることができる。例えば、試料を所定位置に配置し、研磨用バフを回転させることにより、相対運動を生じさせることができる。このように構成すると、既存のピンオンディスク用の摩耗試験機の一部を利用することができるので、摩耗試験を簡単に行うことができる。なお試料と研磨用バフとの間の相対運動は、回転運動に限られず、直線運動、往復運動、あるいはこれらと回転運動とを組合せてもよく、その態様は任意である。 Relative motion can be caused by moving one or both of the sample and the test bath. For example, the relative motion can be generated by placing the sample at a predetermined position and rotating the polishing buff. With this configuration, a part of the existing pin-on-disk wear tester can be used, so that the wear test can be easily performed. The relative motion between the sample and the polishing buff is not limited to rotational motion, and linear motion, reciprocating motion, or a combination of these and rotational motion may be used.
また研磨用バフの表面には研磨液を塗布しておくのが好ましい。研磨液を用いると、塗布しておく研磨液を適宜に選択することで、試料に応じた所望の摩耗試験を行うことが可能となる。なお、相対運動が研磨用バフを回転させることによる回転運動である場合には、塗布した研磨液が遠心力によりバフの外周方向へ移動してしまうことがあるので、摩耗工程を実施している間、研磨用バフに研磨液を連続的にまたは間欠的に供給し続けるようにするのが好ましい。 Further, it is preferable to apply a polishing liquid to the surface of the polishing buff. When the polishing liquid is used, it is possible to perform a desired wear test according to the sample by appropriately selecting the polishing liquid to be applied. In addition, when the relative motion is a rotational motion by rotating the polishing buff, the applied polishing liquid may move in the outer peripheral direction of the buff due to centrifugal force, so the wear process is performed. Meanwhile, it is preferable that the polishing liquid is continuously or intermittently supplied to the polishing buff.
本発明の方法を実施する際に用いる本発明の摩耗試験機は、テーブル回転装置と、試料保持装置とを備えている。テーブル回転装置は、回転テーブルの上に支持された研磨用バフを回転軸を中心にして回転させる。試料保持装置は、試料を研磨用バフの表面に一定の接触圧で接触させた状態で保持する。試料保持装置は特に、アームと、支持部と、試料保持部と、バランスウエイトと、荷重付与部とを備えている。アームは、一端と他端の間に支点を有する。支持部は、アームの支点を回転自在に支持する。試料保持部は、アームの一端に設けられて試料を保持する。バランスウエイトは、アームの他端に設けられて、荷重付与部からアームに荷重が付与されていない状態における試料と研磨用バフとの接触圧を最小に制御する。加重付与部は、一定の接触圧を発生するようにアームの一端と支点との間に位置するアームの部分に静荷重を加える。本発明の摩耗試験機では、バランスウエイトと荷重付与部との組み合わせにより、簡単に試料を研磨用バフの表面に一定の接触圧で接触させることができる。 The wear tester of the present invention used when carrying out the method of the present invention includes a table rotating device and a sample holding device. The table rotating device rotates the polishing buff supported on the rotating table around the rotation axis. The sample holding device holds the sample in a state of contacting the surface of the polishing buff with a constant contact pressure. In particular, the sample holding device includes an arm, a support portion, a sample holding portion, a balance weight, and a load applying portion. The arm has a fulcrum between one end and the other end. The support portion rotatably supports the fulcrum of the arm. The sample holder is provided at one end of the arm to hold the sample. The balance weight is provided at the other end of the arm, and controls the contact pressure between the sample and the polishing buff to a minimum when no load is applied to the arm from the load applying unit. The weight applying unit applies a static load to a portion of the arm positioned between one end of the arm and the fulcrum so as to generate a constant contact pressure. In the wear tester of the present invention, the sample can be easily brought into contact with the surface of the polishing buff with a constant contact pressure by the combination of the balance weight and the load applying portion.
荷重付与部は、アームの一端と支点との間に位置するアームの部分に一端が固定され、アームよりも下方に位置する固定部に他端が固定されたコイルバネとしてもよい。加重付与部をこのように構成すると、簡単な構成でアームに静荷重を加えることができる。また使用するコイルバネのバネ定数や固定部の位置を変更することにより、付与する荷重を簡単に変更することができる。 The load applying unit may be a coil spring in which one end is fixed to a portion of the arm positioned between one end of the arm and the fulcrum, and the other end is fixed to a fixing unit positioned below the arm. When the weight applying unit is configured in this manner, a static load can be applied to the arm with a simple configuration. Moreover, the load to be applied can be easily changed by changing the spring constant of the coil spring to be used or the position of the fixed portion.
試料保持部は、アームに対して角度調整可能にアームに設けられていることが好ましい。このように構成すると、試料保持部のアームに対する角度を調整することにより、保持した試料を研磨用バフに対して所望の角度で配置することができる。 The sample holder is preferably provided on the arm so that the angle of the sample holder can be adjusted with respect to the arm. If comprised in this way, the sample hold | maintained can be arrange | positioned at a desired angle with respect to the polishing buff by adjusting the angle with respect to the arm of a sample holding part.
以下、本発明の摩耗試験機の実施の形態の一例について詳細に説明する。図１は、本実施の形態の摩耗試験機１の試験機本体３の上壁部３ａを透明なものとし且つ試験機本体３の内部構造の一部を省略して示した摩耗試験機１の平面図であり、図２は、試験機本体３の側壁部３ｂの一部を除去し且つ試験機本体３の内部構造の一部を省略して示した摩耗試験機１の正面図である。なお、図２においては、理解を容易にするため、テーブル回転装置５等の一部の部材は断面で示されている。図１に示すように、本実施形態の摩耗試験機１は、ハウジングを構成する試験機本体３と、テーブル回転装置５と、試料保持装置７とを備えている。試験機本体３は、上壁部３ａ、４つの側壁部３ｂ及び底壁部３ｃを備えており、図示しない電源から電力が供給されるモータ９と、モータ９の回転軸軸１１の回転数を計測する回転数カウンター６３を内部に備えている。モータ９は、試験機本体３内に設けられた図示しないモータ取付部材に取り付けられている。モータ９の回転軸１１の一端には、モータ用プーリ１３が取り付けられている。回転数カウンター６３は、回転軸１１の他端側に設けられており、回転軸１１の回転数を計測し、計測した結果を図示しない摩耗試験機１の制御装置等に出力する。回転数カウンター６３の構成は任意であり、例えば光学式エンコーダとすることができる。モータ用プーリ１３には、モータの回転力をテーブル回転装置５に伝達するためのベルト１５が巻き付けられている。 Hereinafter, an example of an embodiment of the wear tester of the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows an abrasion tester 1 in which the upper wall 3a of the tester main body 3 of the wear tester 1 of the present embodiment is made transparent and a part of the internal structure of the tester main body 3 is omitted. FIG. 2 is a front view of the abrasion tester 1 in which a part of the side wall 3b of the tester main body 3 is removed and a part of the internal structure of the tester main body 3 is omitted. In FIG. 2, some members of the table rotating device 5 and the like are shown in cross section for easy understanding. As shown in FIG. 1, the wear tester 1 of this embodiment includes a tester main body 3 constituting a housing, a table rotating device 5, and a sample holding device 7. The testing machine main body 3 includes an upper wall portion 3a, four side wall portions 3b, and a bottom wall portion 3c. The motor 9 is supplied with electric power from a power source (not shown), and the rotational speed of the rotary shaft 11 of the motor 9 is determined. A rotation counter 63 for measuring is provided inside. The motor 9 is attached to a motor attachment member (not shown) provided in the tester main body 3. A motor pulley 13 is attached to one end of the rotating shaft 11 of the motor 9. The rotation number counter 63 is provided on the other end side of the rotation shaft 11, measures the rotation number of the rotation shaft 11, and outputs the measured result to a control device or the like of the wear tester 1 (not shown). The configuration of the rotation number counter 63 is arbitrary, and can be, for example, an optical encoder. A belt 15 for transmitting the rotational force of the motor to the table rotating device 5 is wound around the motor pulley 13.
テーブル回転装置５は、軸１７と、テーブル回転用プーリ１９と、軸１７を回転可能に保持する複数の軸受け２１と、複数の軸受け２１を保持する軸受保持部材２３とを備えている。テーブル回転用プーリ１９は、軸１７の一方の端部に取り付けられており、周囲にベルト１５が巻き付けられている。軸受保持部材２３は、円筒形状に形成されており、軸受保持部材２３の一方の端部には取付用のフランジ２３ａが一体に設けられている。軸受保持部材２３は、フランジ２３ａを試験機本体３の上壁部３ａにボルト２５で固定されている。 The table rotating device 5 includes a shaft 17, a table rotating pulley 19, a plurality of bearings 21 that rotatably hold the shaft 17, and a bearing holding member 23 that holds the plurality of bearings 21. The table rotation pulley 19 is attached to one end of the shaft 17, and the belt 15 is wound around the periphery. The bearing holding member 23 is formed in a cylindrical shape, and a mounting flange 23 a is integrally provided at one end of the bearing holding member 23. The bearing holding member 23 has a flange 23 a fixed to the upper wall portion 3 a of the testing machine main body 3 with bolts 25.
軸１７の他方の端部には、ボス部材２７が固定されている。ボス部材２７は、円板状の取付部２７ａを備えており、この取付部２７ａに円板状の回転テーブル２９が螺子３１により螺子留めされている。回転テーブル２９の上には、研磨用バフ３３が支持される。研磨用バフ３３の表面には、研磨液が予め塗布されている。 A boss member 27 is fixed to the other end of the shaft 17. The boss member 27 includes a disk-shaped mounting portion 27 a, and a disk-shaped rotary table 29 is screwed to the mounting portion 27 a by a screw 31. A polishing buff 33 is supported on the rotary table 29. A polishing liquid is applied in advance to the surface of the polishing buff 33.
試料保持装置７は、基部３５と、一対の立ち上がり壁部３７と、アーム支持部３９と、アーム４１と、試料保持部４３と、バランスウエイト４５とを備えている。基部３５には、細長い一対の貫通孔３５ａが形成されており、この貫通孔３５ａに作業者が指で挟んで回すことができる頭部を備えた２本の取付螺子４７が挿入されて、基部３５が試験機本体３の上壁部３ａに固定されている。この貫通孔３５ａは、２本の取付螺子４７を緩めた状態で、基部３５をスライドさせることを許容する。基部３５には、一対の立ち上がり壁部３７が間隔を開けて平行に設けられている。一対の立ち上がり壁部３７は、それぞれ２本のボルト４９により基部３５に固定されている。一対の立ち上がり壁部３７には、アーム支持部３９の両端部が回転可能に取り付けられている。アーム支持部３９は、円柱状の本体部３９ａと、本体部３９ａの両端に設けられた一対の取付部３９ｂとを備えている。本体部３９ａの中央部には、アーム４１が貫通する貫通孔３９ｃが設けられている。一対の取付部３９ｂは、本体部３９ａよりも小径の円柱状に形成されており、一対の立ち上がり壁部３７内にそれぞれ設けられた軸受５１により回転可能に保持されている。 The sample holding device 7 includes a base portion 35, a pair of rising wall portions 37, an arm support portion 39, an arm 41, a sample holding portion 43, and a balance weight 45. The base portion 35 is formed with a pair of elongated through holes 35a, into which two mounting screws 47 having a head that can be turned by an operator with fingers are inserted. 35 is fixed to the upper wall portion 3a of the testing machine main body 3. The through hole 35a allows the base 35 to slide in a state where the two mounting screws 47 are loosened. A pair of rising wall portions 37 are provided on the base portion 35 in parallel with a gap therebetween. The pair of rising wall portions 37 are fixed to the base portion 35 by two bolts 49, respectively. Both ends of an arm support portion 39 are rotatably attached to the pair of rising wall portions 37. The arm support portion 39 includes a columnar main body portion 39a and a pair of attachment portions 39b provided at both ends of the main body portion 39a. A through hole 39c through which the arm 41 passes is provided at the center of the main body 39a. The pair of attachment portions 39b are formed in a columnar shape having a smaller diameter than the main body portion 39a, and are rotatably held by bearings 51 provided in the pair of rising wall portions 37, respectively.
アーム４１は、細長い円柱状のロッドから構成されている。アーム４１の直径寸法は、アーム支持部３９の貫通孔３９ｃと嵌合するように定められている。アーム支持部３９の貫通孔３９ｃ内に位置するアーム４１の部分がアームの支点４１ａを構成している。従ってアーム４１は、支点４１ａを中心として回転可能である。アーム４１の一端には、試料保持部４３が角度調整用螺子５２によりアーム４１に対して角度調整可能に設けられている。従って、試料保持部４３の角度を調整することにより、保持した試料を研磨用バフ３３に対して所望の角度で配置することができる。試料保持部４３は、摩耗試験中に試料をしっかりと保持することができれる構造であればどのような構造でもよい。本実施の形態では、試料保持部４３は試料４４を厚み方向から挟持する挟持構造を備えている。 The arm 41 is composed of an elongated cylindrical rod. The diameter dimension of the arm 41 is determined so as to be fitted into the through hole 39 c of the arm support portion 39. A portion of the arm 41 located in the through hole 39c of the arm support portion 39 constitutes an arm fulcrum 41a. Therefore, the arm 41 can rotate around the fulcrum 41a. A sample holder 43 is provided at one end of the arm 41 so that the angle can be adjusted with respect to the arm 41 by an angle adjusting screw 52. Therefore, by adjusting the angle of the sample holder 43, the held sample can be arranged at a desired angle with respect to the polishing buff 33. The sample holder 43 may have any structure as long as it can hold the sample firmly during the wear test. In the present embodiment, the sample holder 43 has a clamping structure that clamps the sample 44 from the thickness direction.
アーム４１の他端にはバランスウエイト４５が設けられている。バランスウエイト４５は、アーム４１の端部に接続されてアーム４１と連続する竿部５３とカウンターウエイト５５とを備えている。カウンターウエイト５５には、竿部５３が貫通する貫通孔５５ａが中央に設けられており、カウンターウエイト５５は竿部５３上を位置変更可能に竿部５３に取り付けられている。竿部５３には、カウンターウエイト５５の位置を固定する２つのストッパを構成するナット５３ａ及び５３ｂが設けられている。ナット５３ｂは、竿部５３の外周部に設けた螺子部に螺合されて、カウンターウエイト５５が竿部５３から変位することを防止する。試料保持部４３が保持する試料４４の重量に応じて、竿部５３上におけるカウンターウエイトの位置を変更することにより、試料４４と研磨用バフ３３との接触圧を最小に制御する。 A balance weight 45 is provided at the other end of the arm 41. The balance weight 45 includes a flange 53 and a counterweight 55 that are connected to the end of the arm 41 and continue to the arm 41. The counterweight 55 is provided with a through-hole 55a through which the flange 53 passes, and the counterweight 55 is attached to the flange 53 so that the position of the counterweight 55 can be changed. The flange portion 53 is provided with nuts 53a and 53b constituting two stoppers for fixing the position of the counterweight 55. The nut 53 b is screwed into a screw portion provided on the outer peripheral portion of the flange portion 53, and prevents the counterweight 55 from being displaced from the flange portion 53. The contact pressure between the sample 44 and the polishing buff 33 is controlled to the minimum by changing the position of the counterweight on the flange 53 according to the weight of the sample 44 held by the sample holding unit 43.
アーム４１の支点４１ａと試料保持部４３が設けられた一端との中間部分には、コイルバネ取付部材５７が取り付けられている。コイルバネ取付部材５７には、試験機本体３の内部の固定部５９に一端が固定されたコイルバネ６１の他端が固定されている。コイルバネ６１の一端及び他端は、取付のために直線状になっている。コイルバネ６１の他端の直線部は、試験機本体３の上壁部３ａに形成された穴部３ｄを貫通している。コイルバネ６１により、アーム４１は試験機本体３の上壁部３ａに向かう方向に引っ張られるため、研磨用バフ３３に一定の接触圧で接触した状態で、試料４４は試料保持部４３に保持される。 A coil spring attachment member 57 is attached to an intermediate portion between the fulcrum 41a of the arm 41 and one end where the sample holding portion 43 is provided. The coil spring mounting member 57 has the other end of the coil spring 61 fixed at one end to a fixing portion 59 inside the tester main body 3. One end and the other end of the coil spring 61 are linear for mounting. The straight portion at the other end of the coil spring 61 passes through a hole 3 d formed in the upper wall portion 3 a of the tester main body 3. Since the arm 41 is pulled by the coil spring 61 in the direction toward the upper wall portion 3a of the tester main body 3, the sample 44 is held by the sample holding portion 43 while being in contact with the polishing buff 33 with a constant contact pressure. .
次に図１及び図２に示した摩耗試験機１を使用した本実施の形態における摩耗試験方法の一例について説明する。 Next, an example of a wear test method in the present embodiment using the wear tester 1 shown in FIGS. 1 and 2 will be described.
１．試料の切り出し
まず、耐摩耗性の評価を行いたい炭素工具鋼及び合金工具鋼等の金属材料から、所定の寸法（例えば長さ３０ｍｍ、幅１５ｍｍ、高さ１０ｍｍ）の試料を切り出す。なお、本実施の形態では、試料の隣接する面が互いに直交するように切り出されている。なお、試料の形状は、これに限らず、少なくとも隣接する２面を有するように切り出せばよい。図２に示す試料４４では、この隣接する２面は面４４ａと面４４ｂである。また、試料が球形等の隣接する２面を有さない形状の場合には、試料の研磨により隣接する２面を試料に形成する。
1. Cutting out a sample First, a sample having predetermined dimensions (for example, a length of 30 mm, a width of 15 mm, and a height of 10 mm) is cut out from a metal material such as carbon tool steel and alloy tool steel to be evaluated for wear resistance. In the present embodiment, the adjacent surfaces of the sample are cut out so as to be orthogonal to each other. Note that the shape of the sample is not limited to this, and the sample may be cut out so as to have at least two adjacent surfaces. In the sample 44 shown in FIG. 2, the two adjacent surfaces are a surface 44a and a surface 44b. When the sample has a shape such as a sphere that does not have two adjacent surfaces, the two adjacent surfaces are formed on the sample by polishing the sample.
２．鏡面研磨によるエッジの作成
切り出した試料の隣接する２面（図２の面４４ａと面４４ｂ）を鏡面研磨し、鏡面研磨した隣接する２面４４ａ及び４４ｂの交点がエッジ４４ｃになるようにする。図２の例では、２つの面４４ａと面４４ｂとの間の内角が９０°となるようにエッジ４４ｃが形成されている。
2. Creation of Edges by Mirror Polishing Two adjacent surfaces (surface 44a and surface 44b in FIG. 2) of the cut sample are mirror-polished so that the intersection of the two mirror-polished adjacent surfaces 44a and 44b becomes an edge 44c. In the example of FIG. 2, the edge 44c is formed so that the internal angle between the two surfaces 44a and 44b is 90 °.
３．研磨用バフの設置
回転テーブル２９に試験条件に応じた研磨用バフ３３を設置する。本実施の形態では、BUEHLER社製TRIDENTを研磨用バフとして使用した。必要な場合には、研磨用バフ３３の表面に研磨液を塗布しておく。
3. Installation of polishing buff A polishing buff 33 corresponding to the test conditions is installed on the rotary table 29. In this embodiment, BUEHLER TRIDENT was used as a polishing buff. If necessary, a polishing liquid is applied to the surface of the polishing buff 33.
４．試料保持部４３による試料の保持
鏡面研磨した試料４４を、２つの面４４ａ及び４４ｂの交点に形成されたエッジ４４ｃが研磨用バフ３３の表面と接触するように、試料保持装置７の試料保持部４３で保持する。特に本実施の形態では、試料保持部４３のアーム４１に対する角度を調整することにより、鏡面研磨した面４４ａと研磨用バフ３３との間の角度及び面４４ｂと研磨用バフ３３との間の角度がそれぞれ４５°となるように試料４４を保持する。
4). Sample Holding by the Sample Holding Unit 43 The sample holding unit 7 of the sample holding device 7 is configured such that the edge 44c formed at the intersection of the two surfaces 44a and 44b contacts the surface of the polishing buff 33. Hold at 43. Particularly in the present embodiment, the angle between the mirror-polished surface 44 a and the polishing buff 33 and the angle between the surface 44 b and the polishing buff 33 are adjusted by adjusting the angle of the sample holder 43 with respect to the arm 41. The sample 44 is held so that the angle of each becomes 45 °.
５．バランスウエイトの調整
試料と研磨用バフ３３との接触圧が最小となるようにカウンターウエイト５５の位置を変更してバランスウエイト４５を調整する。
5. Adjustment of the balance weight The balance weight 45 is adjusted by changing the position of the counterweight 55 so that the contact pressure between the sample and the polishing buff 33 is minimized.
６．荷重付与部の調整
試料が研磨用バフ３３の表面に試験条件で設定した接触圧で接触するようにコイルバネ６１を選択し、選択したコイルバネ６１をコイルバネ取付部材５７及び固定部５９に固定する。コイルバネによる荷重は、例えば３００ｇとすることができる。
6). Adjustment of load applying portion The coil spring 61 is selected so that the sample contacts the surface of the polishing buff 33 with the contact pressure set in the test condition, and the selected coil spring 61 is fixed to the coil spring mounting member 57 and the fixing portion 59. The load by a coil spring can be 300 g, for example.
７．研磨用バフの回転
モータ９を駆動することにより、研磨用バフ３３を回転させる。本実施の形態では、回転速度１８０rpmで研磨用バフ３３を回転させた。
7). Rotation of the polishing buff By driving the motor 9, the polishing buff 33 is rotated. In the present embodiment, the polishing buff 33 is rotated at a rotation speed of 180 rpm.
８．研磨液の供給
本実施の形態では、試料の摩耗中、０．３μｍのアルミナサスペンション（BUEHLER社製MICROPOLISH II ALUMINA0.3）をメタノールで体積比１：１で希釈した研磨液を、図示しない研磨液自働供給装置により研磨用バフ３３の表面上に供給した。なお、研磨液自働供給装置の構成は、公知の構成を採用することができ、本発明の要旨とは関係しないので説明を省略する。
8). In this embodiment, a polishing liquid (not shown) is prepared by diluting a 0.3 μm alumina suspension (MICROPOLISH II ALUMINA 0.3 manufactured by BUEHLER) with methanol at a volume ratio of 1: 1 while the sample is worn. The material was supplied onto the surface of the polishing buff 33 by an automatic supply device. Note that the configuration of the polishing liquid automatic supply device can adopt a known configuration and is not related to the gist of the present invention, and thus the description thereof is omitted.
９．摩耗試験
回転している研磨用バフ３３の表面に、試料４４に形成したエッジ４４ｃを試験条件で設定した長さまたは時間分だけ接触させてエッジ４４ｃを摩耗させる。図３には、試料を研磨用バフ３３に接触させて摩耗させる状態を模式的に示した図が示されている。試料４４を研磨用バフ３３に接触させる回転数は、例えば試験条件で定めた摩耗距離を、試料４４が研磨用バフ３３と接触する位置と研磨用バフ３３の回転中心との距離を半径とする演習の長さで除することにより定めることができる。研磨用バフ３３の回転数は、研磨用バフ３３が取り付けられたモータ９の回転軸１１の回転数を回転数カウンター６３で計測する。本実施の形態では、研磨用バフ３３の回転中心から８０ｍｍ離した位置で研磨用バフ３３と１００回転分試料４４を接触させた。
9. Wear Test The edge 44c is worn by contacting the edge 44c formed on the sample 44 with the surface of the rotating polishing buff 33 for the length or time set under the test conditions. FIG. 3 is a view schematically showing a state in which the sample is brought into contact with the polishing buff 33 and worn. The rotation speed at which the sample 44 is brought into contact with the polishing buff 33 is, for example, the wear distance determined by the test conditions, and the radius between the position where the sample 44 is in contact with the polishing buff 33 and the center of rotation of the polishing buff 33. It can be determined by dividing by the length of the exercise. The rotational speed of the polishing buff 33 is measured by the rotational speed counter 63 by measuring the rotational speed of the rotating shaft 11 of the motor 9 to which the polishing buff 33 is attached. In the present embodiment, the polishing buff 33 and the sample 44 for 100 rotations are brought into contact with each other at a position 80 mm away from the rotation center of the polishing buff 33.
１０．耐摩耗性の評価
研磨用バフ３３と接触することにより試料４４のエッジ４４ｃに形成された摩耗面の幅を、デジタルマイクロスコープにより３００倍に拡大して測定する。
10. Evaluation of Abrasion Resistance The width of the wear surface formed on the edge 44c of the sample 44 by contacting with the polishing buff 33 is measured by enlarging it 300 times with a digital microscope.
次に異なる５つの金属材料Ａ乃至Ｅについて上述した摩耗試験方法を実施した結果について説明する。５つの金属材料Ａ乃至Ｅの実際の耐摩耗性は、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅの順で大きくなる。これら５つの金属材料Ａ乃至Ｅについて上述した摩耗試験をそれぞれ３回ずつ行ったところ、各金属材料の摩耗面の幅は図４に示すようになった。各金属材料の摩耗面の幅の平均値を計測したところ、Ｅ＞Ｄ＞Ｃ＞Ｂ＞Ａの順となった。従って、本実施の形態の摩耗試験方法では、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅの順で耐摩耗性が大きくなる結果となり、実際の耐摩耗性と一致する。従って本発明の摩耗試験方法によれば、試料の実際の耐摩耗性と同一の耐摩耗性を評価することが可能である。また図４に示す結果によれば、各金属材料についての摩耗幅のばらつきが大きくない。そのため、本発明の耐摩耗試験は、耐摩耗性データの再現性に優れた摩耗試験であることが理解される。 Next, the results of performing the above-described wear test method on five different metal materials A to E will be described. The actual wear resistance of the five metal materials A to E increases in the order of A> B> C> D> E. When the wear test described above was performed three times for each of these five metal materials A to E, the width of the wear surface of each metal material was as shown in FIG. When the average value of the width of the wear surface of each metal material was measured, the order was E> D> C> B> A. Therefore, in the wear test method of the present embodiment, the result is that the wear resistance increases in the order of A> B> C> D> E, which is consistent with the actual wear resistance. Therefore, according to the wear test method of the present invention, it is possible to evaluate the same wear resistance as the actual wear resistance of the sample. Moreover, according to the result shown in FIG. 4, the dispersion | variation in the wear width about each metal material is not large. Therefore, it is understood that the wear resistance test of the present invention is a wear test with excellent reproducibility of wear resistance data.
図５（Ａ）には、球状炭化物を含む試料について従来の摩耗試験（２元アブレシブ摩耗）を行った摩耗面のＳＥＭ画像が示されており、図５（Ｂ）には本発明の摩耗試験を行った摩耗面のＳＥＭ画像が示されている。図５（Ａ）に示すＳＥＭ画像に比べて図５（Ｂ）に示すＳＥＭ画像では、摩耗痕の線状性が弱くなっている。この線状性の弱さは、３元アブレシブ摩耗の特徴と一致している。また、図５（Ｂ）に示すＳＥＭ画像では、摩耗面に炭化物をはっきりと確認することができ、３元アブレシブ摩耗の様子を精度よく再現できている。従って、本発明の摩耗試験方法によれば、定量的な摩耗性を評価することができる。 FIG. 5 (A) shows an SEM image of a worn surface obtained by performing a conventional wear test (binary abrasive wear) on a sample containing spherical carbide, and FIG. 5 (B) shows a wear test of the present invention. An SEM image of the worn surface is shown. In the SEM image shown in FIG. 5B, the linearity of the wear scar is weaker than that in the SEM image shown in FIG. This weak linearity is consistent with the characteristics of ternary abrasive wear. Further, in the SEM image shown in FIG. 5B, carbides can be clearly confirmed on the worn surface, and the state of ternary abrasive wear can be accurately reproduced. Therefore, according to the wear test method of the present invention, quantitative wear properties can be evaluated.
上記実施の形態では、試料４４と研磨用バフ３３との間の相対運動が回転運動の場合について説明したが。相対運動は回転運動に限られない。研磨用バフが回転しない場合には、研磨液が遠心力によりバフの外周方向へ移動することがなくなるので、研磨液自働供給装置により研磨液を供給せずに、研磨用バフに研磨液を塗布しておくだけでもよい。 In the above embodiment, the case where the relative motion between the sample 44 and the polishing buff 33 is a rotational motion has been described. Relative motion is not limited to rotational motion. If the polishing buff does not rotate, the polishing liquid will not move in the direction of the outer periphery of the buff due to centrifugal force. You may just apply.
また上記実施の形態では、隣接する２面４４ａと面４４ｂの間の内角が９０°としたが、試料のエッジのみが研磨用バフと線接触した状態とすることができれば、隣接する２面の間の内角は任意の角度とすることができる。 In the above embodiment, the inner angle between the adjacent two surfaces 44a and 44b is 90 °. However, if only the edge of the sample can be in line contact with the polishing buff, the two adjacent surfaces 44a The interior angle between them can be any angle.
また、本実施の形態では、隣接する２面４４ａと面４４ｂと研磨用バフ３３との間の角度が互いに等しく（４５°）なるようにしたが、隣接する２面の間の角度を異なるよう試料を保持してもよい。 In the present embodiment, the angles between the adjacent two surfaces 44a and 44b and the polishing buff 33 are equal to each other (45 °), but the angles between the two adjacent surfaces are different. A sample may be held.
本発明によれば、隣接する２面の交点に形成したエッジを摩耗することによりエッジに形成された摩耗面の幅を測定して試料の耐摩耗性を評価する。試料はエッジのみが研磨用バフと線接触した状態から徐々に面接触へと摩耗が進行するので、試験開始当初においても十分に摩耗するため、試験結果にばらつきが生じなくなり、耐摩耗性データの再現性を高めることができる。また摩耗面の幅により試料の耐摩耗性を評価しているので、分析用の天秤等で重量変化を把握できる程度まで試料を摩耗させる必要が無く、試料の初期摩耗の評価を行うことができる。また少ない摩耗量で評価をすることができるので、試験時間を短くすることができる。さらに得られた試験結果は、実際の機械部品や刃物で生じる３元アブレシブ摩耗の結果と合致すので、実際の３元アブレシブ摩耗を模擬的に評価することができる。 According to the present invention, the wear resistance of the sample is evaluated by measuring the width of the wear surface formed on the edge by wearing the edge formed at the intersection of two adjacent surfaces. Since the wear of the sample progresses from the state where only the edge is in line contact with the polishing buff to the surface contact gradually, it wears sufficiently even at the beginning of the test, so there is no variation in the test results and the wear resistance data Reproducibility can be improved. In addition, because the wear resistance of the sample is evaluated based on the width of the worn surface, it is not necessary to wear the sample to such an extent that the weight change can be grasped with an analytical balance, etc., and the initial wear of the sample can be evaluated. . In addition, since the evaluation can be performed with a small amount of wear, the test time can be shortened. Furthermore, since the obtained test results are in agreement with the results of ternary abrasive wear caused by actual machine parts and blades, the actual ternary wear can be evaluated in a simulated manner.
１ 摩耗試験機
３ 試験機本体
３ａ 上壁部
３ｂ 側壁部
３ｃ 底壁部
３ｄ 穴部
５ テーブル回転装置
７ 試料保持装置
９ モータ
１１ 軸
１３ モータ用プーリ
１５ ベルト
１７ 軸
１９ テーブル回転用プーリ
２１ 軸受け
２３ 軸受保持部材
２３ａ フランジ
２５ ボルト
２７ ボス部材
２７ａ 取付部
２９ 回転テーブル
３１ 螺子
３３ 研磨用バフ
３５ 基部
３５ａ 貫通孔
３７ 立ち上がり壁部
３９ アーム支持部
３９ａ 本体部
３９ｂ 取付部
３９ｃ 貫通孔
４１ アーム
４１ａ 支点
４３ 試料保持部
４４ 試料
４４ａ，４４ｂ 面
４４ｃ エッジ
４５ バランスウエイト
４７ 取付螺子
４９ ボルト
５１ 軸受け
５２ 角度調整用螺子
５３ 竿部
５５ カウンターウエイト
５５ａ ナット
５５ｂ ナット
５７ コイルバネ取付部材
５９ 固定部
６１ コイルバネ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wear testing machine 3 Test machine main body 3a Upper wall part 3b Side wall part 3c Bottom wall part 3d Hole part 5 Table rotation apparatus 7 Sample holding apparatus 9 Motor 11 Axis 13 Motor pulley 15 Belt 17 Axis 19 Table rotation pulley 21 Bearing 23 Bearing holding member 23a Flange 25 Bolt 27 Boss member 27a Mounting portion 29 Rotary table 31 Screw 33 Polishing buff 35 Base portion 35a Through hole 37 Rising wall portion 39 Arm support portion 39a Main body portion 39b Mounting portion 39c Through hole 41 Arm 41a Support point 43 Holding part 44 Sample 44a, 44b Surface 44c Edge 45 Balance weight 47 Mounting screw 49 Bolt 51 Bearing 52 Angle adjusting screw 53 Hook 55 Counterweight 55a Nut 55b Nut 57 Coil spring mounting member 59 Fixing part 61 Spring
Claims (8)
前記試料の前記エッジを研磨用バフの表面に一定の接触圧で接触させた状態で、前記試料と前記研磨用バフとの間に予め定めた相対運動を生じさせて前記エッジを摩耗させる摩耗工程と、
前記エッジに形成された摩耗面の幅を測定して前記試料の耐摩耗性を評価する評価工程とからなることを特徴とする摩耗試験方法。 A polishing step of mirror-polishing two adjacent surfaces of the sample to form an edge at the intersection of the two adjacent surfaces;
A wear process in which the edge is worn by causing a predetermined relative movement between the sample and the polishing buff while the edge of the sample is in contact with the surface of the polishing buff at a constant contact pressure. When,
A wear test method comprising: an evaluation step of evaluating the wear resistance of the sample by measuring a width of a wear surface formed on the edge.
試料を前記研磨用バフの表面に一定の接触圧で接触させた状態で保持する試料保持装置とを備え、
前記試料保持装置が、一端と他端の間に支点を有するアームと、前記アームの前記支点を回転自在に支持する支持部と、前記アームの前記一端に設けられた試料保持部と、前記アームの前記他端に設けられたバランスウエイトと、前記一定の接触圧を発生するように前記アームの前記一端と前記支点との間に位置する前記アームの部分に静荷重を加える荷重付与部とを備えていることを特徴とする摩耗試験機。 A table rotating device for rotating a polishing buff supported on a rotating table around a rotation axis;
A sample holding device for holding the sample in contact with the surface of the polishing buff with a constant contact pressure;
The sample holding device has an arm having a fulcrum between one end and the other end, a support part that rotatably supports the fulcrum of the arm, a sample holding part provided at the one end of the arm, and the arm A balance weight provided at the other end of the arm, and a load applying portion for applying a static load to the portion of the arm located between the one end of the arm and the fulcrum so as to generate the constant contact pressure. A wear tester characterized by comprising.
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