[發明專利]一種互為基準法預修硬脆試件的單顆磨粒連續劃擦測試方法

有效

• 申請號: 201610077991.2
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105717041B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 姜峰;張濤;言蘭;徐西鵬
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G01N19/06
• 分類號: G01N19/06
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司35204
• 代理人: 張松亭

技術領域

本發明屬于機械加工中的材料性能測試及精密與超精密加工領域，具體涉及一種互為基準法預修硬脆試件的單顆磨粒連續劃擦測試方法。

背景技術

磨粒加工過程可看做是磨具表面大量排列參差不齊、分布不規則的形狀各異的磨粒共同完成的切削過程。在科學研究中，常把復雜現象抽象成一種簡化的模式，來探討一些最本質的問題。細小磨粒的切削作用是磨削加工的基礎，單顆磨粒的劃擦、耕犁、切削作為磨削加工的基本模式，成為認識復雜磨削作用的一種重要手段。

單顆磨粒的劃擦、耕犁、切削行為的測試手段主要有四種形式：直線劃擦、楔面劃擦、球盤劃擦和單擺劃擦。對已有的大量文獻和公開專利分析發現，四種測試方法存在相應的不足：直線劃擦和楔面劃擦測試的劃擦速度不足(最高線速度僅4m/s)，難以很好的模擬磨粒加工過程(最高線速度可達200m/s)；球盤劃擦測試方法實際上是一種典型的摩擦學測試方法，球盤摩擦過程中的材料去除方式與磨粒加工過程中的材料去除方式有很大不同，當達到穩定摩擦階段，甚至沒有材料去除，同時對摩擦盤的形狀精度和表面光潔度要求非常高；單擺劃擦測試被認為是最接近磨粒去除材料過程的一種測試手段，但是測試穩定性差，由于過短的磨粒-工件接觸時間，切削力等材料去除過程物理量的采集成為一個難題。

一些公開的專利提出了單磨粒測試的改進方法，將單擺劃擦測試方法進行改進，改變傳統的工件靜止、磨粒轉動方式為磨粒靜止、工件轉動方式，從而獲得更長的劃痕，因此有更長的時間采集切削力等物理量，但是并未檢索到這些專利相關的論文和產品，主要是因為這些專利方法的具體實施存在以下問題：由于劃痕長度增加，對磨粒和工件相對運動精度要求大幅度提高，而上述方法均無法保持磨粒與工件間始終處于高精度的穩定接觸狀態，因此難以實現穩定劃擦，更無法實現小粒度磨粒的高速高精度劃擦測試。上述問題極大地制約了單顆磨粒劃擦試驗技術的進步。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供了一種互為基準法預修硬脆試件的單顆磨粒連續劃擦測試方法，能夠保證磨粒和試件之間在較長劃擦距離上的穩定接觸，實現了小粒度磨粒的高速高精度劃擦，從而可以穩定、精確的采集單顆磨粒劃擦過程中的切削力、切屑變形等物理量，相關測試結果可用于摩擦磨損過程及磨削加工中材料去除機理的研究。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種互為基準法預修硬脆試件的單顆磨粒連續劃擦測試方法，包括：

1)將硬脆試件與有色金屬背襯固接在一起；

2)對試件端面進行研磨拋光，使其平面度達到IT1級，表面粗糙度Ra優于5nm；

3)將試件與背襯固定在電主軸上且背襯向上，試件與背襯可通過電主軸旋轉；對試件與背襯進行在線動平衡；

4)采用金剛石單點刀具對該背襯進行修盤，以在背襯表面形成端面跳動量優于IT1級，表面平均粗糙度Ra優于5nm的修盤區域，且背襯表面修盤區域與試件端面的平行度在IT1級以內，具體步驟如下：

4-1)聚晶金剛石單點車刀修盤：立式車削模式，修盤時背襯的轉速范圍為2000～10000rpm，聚晶金剛石單點車刀從背襯外側以10～50μm的切深沿背襯徑向進給，進給速度范圍為0.4～1.2mm/s，進給距離為背襯直徑的1/4～1/2；

4-2)單晶金剛石單點車刀修盤：立式車削模式，修盤時背襯的轉速范圍為2000～10000rpm，單晶金剛石單點車刀從背襯外側以2～10μm的切深沿背襯徑向進給，進給速度范圍為0.1～0.3mm/s，進給距離為背襯直徑的1/4～1/2；

5)取下試件與背襯，翻轉，再次將試件與背襯固定在電主軸上且試件向上，試件與背襯可通過電主軸旋轉；對試件與背襯進行在線動平衡；

6)金剛石單點刀具觸碰對刀儀，確定試件端面與對刀儀對刀平面的高度差h₀；將金剛石單點刀具更換為頂端固接有單顆磨粒的工具頭，工具頭頂端的磨粒觸碰對刀儀，再將工具頭沿試件與背襯旋轉的軸向方向上移h₀+δ，以使工具頭頂端的磨粒位于試件端面上方δ處，完成對刀；

7)將工具頭水平移至試件端面的劃擦點正上方，并下移δ+a_p以使劃擦深度為a_p；根據需測試的劃擦速度v和劃擦點所在的劃擦半徑R，通過計算試件與背襯的設定轉速n；試件與背襯按照設定轉速n轉動，且工具頭沿徑向進給，以使磨粒在試件端面劃擦形成螺旋形劃痕，此過程中通過與工具頭相連的測量系統采集劃擦過程中的數據。