[發明專利]采用多層復合薄膜溫度傳感器測試瞬態切削溫度的方法

無效

• 申請號: 200810012355.7
• 申請日: 2008-07-14
• 公開（公告）號: CN101324471A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發明（設計）人: 孫寶元;崔云先;孫奉道;錢敏;張軍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01K7/00
• 分類號: G01K7/00;G01K15/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明屬于先進制造及切削技術領域，特別涉及切削溫度測試方法領域。

背景技術

切削溫度是金屬切削中一個非常關鍵的因素。尤其在高速切削中，切削溫度尤其是困擾人們的一個重要因素。實時監控，并精確的反映切削過程中的溫度變化是非常有必要的。目前，國內外應用于切削過程中溫度測量的方法有刀/工自然熱電偶法、人工熱電偶法、半人工熱電偶法、光和熱輻射法等。刀/工自然熱電偶法操作簡單，只能測量切削過程的平均溫度，由于自然熱電偶法動態響應慢，不能滿足快速測溫要求。人工熱電偶法的熱電偶接點與刀尖多少有些距離，而刀尖處的溫度梯度較大，因而所測的溫度與工件本身的溫度相差較遠。同時這種結構的熱電偶熱慣性較大，仍然難以滿足瞬態切削溫度的測試需要。光和熱輻射測溫方法具有較快的響應速度，但這種方法只能用于干態切削，測得的溫度不是真實的切削溫度，只是間接近似地反映傳入零件加工表面的切削熱所產生的溫度，很難準確反映切削區域的瞬態切削溫度。本課題組研究的用于化爆材料切削溫度測試的薄膜熱電偶溫度傳感器所設計測溫刀頭為分刀片式，其在金屬切削過程中上下刀面在金屬作用下易產生分離而被破壞。所設計溫度傳感器與機床、工件間的不絕緣導致其不能用于金屬等導電材料的切削溫度測試。所采用多弧離子鍍方法制作的NiCr/NiSi薄膜與靶材成分相距較遠。綜上所述，現有切削溫度測量方法只能測定切削區域的平均溫度和溫度在切屑、刀具和工件中的分布情況，難于精確地測定出切削區域附近各點的實際溫度和對切削區域溫度的瞬態變化過程進行實時監測。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服上述切削溫度測試方法存在的困難，利用非平衡微波等離子體磁控濺射在高速鋼或硬質合金刀體上制作一種多層復合薄膜溫度傳感器，經過多層復合薄膜熱電偶切削溫度傳感器的靜態和動態標定，使其在測溫范圍內具有良好的線性，并且動態響應快，時間常數約為0.8ms。采用多層復合薄膜溫度傳感器測試瞬態切削溫度的方法對鋁合金切削過程中切削刃附近瞬態切削溫度進行了測試，復合薄膜與高速鋼基體的結合強度達到預定要求。發明了一種集切削、測溫于一體的能夠對切削區域實際溫度實時監控并精確反映切削區域溫度變化的切削溫度測試方法，可以解決金屬切削中尤其是高速切削中的瞬態切削溫度測試問題。

本發明采用的技術方案是采用多層復合薄膜溫度傳感器測試瞬態切削溫度的方法使用多層復合薄膜溫度傳感器，進行多層復合薄膜溫度傳感器靜、動態標定，瞬態切削溫度采用冷端溫度補償方式；具體步驟如下：

第一步進行多層復合薄膜溫度傳感器的安裝：

1)在具有SiO₂絕緣膜2，NiCr薄膜3、NiSi薄膜4和通槽C的高速鋼或硬質合金刀體1上利用微波ECR等離子體源增強射頻反應非平衡磁控濺射沉積出Si₃N₄保護薄膜5，構成多層復合薄膜溫度傳感器I；

2)用耐高溫導電銀膠6將0.2mm的NiCr熱電偶絲7的一端與薄膜電極3粘結，用耐高溫導電銀膠6’將0.2mm的NiSi熱電偶絲8一端與薄膜電極4粘結；

3)NiCr熱電偶絲7的另一端和NiSi熱電偶絲8的另一端分別穿過通槽C，然后，通槽C用絕緣膠9灌封；

4)在刀桿10下底開縱向槽F，在刀桿10上按順序分別鉆水平孔D、垂直孔E、尾孔G，并去掉毛刺；

5)給NiCr熱電偶絲7和NiSi熱電偶絲8的引出線加絕緣護套后，使其穿過刀桿10下部的水平孔D、垂直孔E、縱向槽F和尾孔G后引出；

6)安裝多層復合薄膜溫度傳感器I時，用絕緣刀墊12使刀體1底面與刀桿10絕緣；在刀體1其他四個側面固定絕緣墊片11，夾緊螺釘13和壓板14通過絕緣墊片11將刀體1固定；用兩個螺釘17將擋板16固定于刀桿10上；

7)工件21通過絕緣墊片安裝在三爪卡盤19上，當工件較長時，采用絕緣頂尖22軸向固定；