[發(fā)明專利]一種球形磨頭預(yù)修黑色金屬試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610077995.0
• 申請(qǐng)日: 2016-02-04
• 公開（公告）號(hào): CN105717042B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 言蘭;張濤;姜峰;徐西鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N19/06
• 分類號(hào): G01N19/06
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司35204
• 代理人: 張松亭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械加工中的材料性能測(cè)試及精密與超精密加工領(lǐng)域，具體涉及一種球形磨頭預(yù)修黑色金屬試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦測(cè)試方法。

背景技術(shù)

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(guī)則的形狀各異的磨粒共同完成的切削過程。在科學(xué)研究中，常把復(fù)雜現(xiàn)象抽象成一種簡(jiǎn)化的模式，來探討一些最本質(zhì)的問題。細(xì)小磨粒的切削作用是磨削加工的基礎(chǔ)，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(rèn)識(shí)復(fù)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(cè)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(duì)已有的大量文獻(xiàn)和公開專利分析發(fā)現(xiàn)，四種測(cè)試方法存在相應(yīng)的不足：直線劃擦和楔面劃擦測(cè)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(dá)200m/s)；球盤劃擦測(cè)試方法實(shí)際上是一種典型的摩擦學(xué)測(cè)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(dāng)達(dá)到穩(wěn)定摩擦階段，甚至沒有材料去除，同時(shí)對(duì)摩擦盤的形狀精度和表面光潔度要求非常高；單擺劃擦測(cè)試被認(rèn)為是最接近磨粒去除材料過程的一種測(cè)試手段，但是測(cè)試穩(wěn)定性差，由于過短的磨粒-工件接觸時(shí)間，切削力等材料去除過程物理量的采集成為一個(gè)難題。

一些公開的專利提出了單磨粒測(cè)試的改進(jìn)方法，將單擺劃擦測(cè)試方法進(jìn)行改進(jìn)，改變傳統(tǒng)的工件靜止、磨粒轉(zhuǎn)動(dòng)方式為磨粒靜止、工件轉(zhuǎn)動(dòng)方式，從而獲得更長(zhǎng)的劃痕，因此有更長(zhǎng)的時(shí)間采集切削力等物理量，但是并未檢索到這些專利相關(guān)的論文和產(chǎn)品，主要是因?yàn)檫@些專利方法的具體實(shí)施存在以下問題：由于劃痕長(zhǎng)度增加，對(duì)磨粒和工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(wěn)定接觸狀態(tài)，因此難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定劃擦，更無法實(shí)現(xiàn)小粒度磨粒的高速高精度劃擦測(cè)試。上述問題極大地制約了單顆磨粒劃擦試驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種球形磨頭預(yù)修黑色金屬試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦測(cè)試方法，能夠保證磨粒和試件之間在較長(zhǎng)劃擦距離上的穩(wěn)定接觸，實(shí)現(xiàn)了小粒度磨粒的高速高精度劃擦，從而可以穩(wěn)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(guān)測(cè)試結(jié)果可用于摩擦磨損過程及磨削加工中材料去除機(jī)理的研究。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種球形磨頭預(yù)修黑色金屬試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦測(cè)試方法，包括：

1)將黑色金屬試件固定在電主軸上，試件可通過電主軸旋轉(zhuǎn)；對(duì)該試件進(jìn)行在線動(dòng)平衡；

2)采用球形磨頭對(duì)該試件進(jìn)行修盤，以在試件表面形成端面跳動(dòng)量?jī)?yōu)于IT1級(jí)，表面平均粗糙度Ra優(yōu)于10nm的修盤區(qū)域，具體步驟如下：

2-1)球形磨頭粗加工修盤：修盤的同時(shí)對(duì)球形磨頭和試件進(jìn)行冷卻，修盤時(shí)試件的轉(zhuǎn)速范圍為3000～10000rpm，球形磨頭以8000～20000rpm的轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，同時(shí)從試件外側(cè)以10～50μm的切深沿試件徑向進(jìn)給，進(jìn)給速度范圍為0.4～1.2mm/s，進(jìn)給距離為試件直徑的1/4～1/2；

2-2)球形磨頭精加工修盤：修盤的同時(shí)對(duì)球形磨頭和試件進(jìn)行冷卻，修盤時(shí)試件的轉(zhuǎn)速范圍為3000～10000rpm，球形磨頭以8000～20000rpm的轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，同時(shí)從試件外側(cè)以2～10μm的切深沿試件徑向進(jìn)給，進(jìn)給速度范圍為0.1～0.3mm/s，進(jìn)給距離為試件直徑的1/4～1/2；

3)球形磨頭觸碰對(duì)刀儀，確定修盤區(qū)域與對(duì)刀儀對(duì)刀平面的高度差h₀；將球形磨頭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(duì)刀儀，再將工具頭沿試件旋轉(zhuǎn)的軸向方向上移h₀+δ，以使工具頭頂端的磨粒位于試件修盤區(qū)域上方δ處，完成對(duì)刀；

4)將工具頭水平移至修盤區(qū)域的劃擦點(diǎn)正上方，并下移δ+a_p以使劃擦深度為a_p；根據(jù)需測(cè)試的劃擦速度v和劃擦點(diǎn)所在的劃擦半徑R，通過計(jì)算試件的設(shè)定轉(zhuǎn)速n；試件按照設(shè)定轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動(dòng)，且工具頭沿徑向進(jìn)給，以使磨粒在修盤區(qū)域劃擦形成螺旋形劃痕，此過程中通過與工具頭相連的測(cè)量系統(tǒng)采集劃擦過程中的數(shù)據(jù)；劃擦的同時(shí)對(duì)工具頭和試件進(jìn)行冷卻。

一實(shí)施例中：所述磨粒為CBN、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷，磨粒形狀為球形、圓錐形或多棱錐形；該磨粒通過機(jī)械夾持、電鍍或釬焊固接在工具頭頂端；所述工具頭為壓頭。

一實(shí)施例中：所述試件為圓盤形；所述修盤時(shí)，球形磨頭的進(jìn)給距離小于試件半徑，修盤區(qū)域?yàn)閳A環(huán)形。