[發明專利]一種基于次擺線進給軌跡的硬脆材料劃痕實驗方法

有效

• 申請號: 201810498664.3
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108693061B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 林彬;趙菲菲;隋天一;張曉峰;魏金花;王安穎
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;B24B1/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 宋曉曉

1.一種基于次擺線進給軌跡的硬脆材料劃痕實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)壓/劃痕器的準備：將帶有磨粒的劃頭固定在刀頭的端面上，磨粒的幾何形狀與大小、磨粒磨削刃角度、磨削刃半徑、劃頭固定方位和疏密程度依據實驗方案確定；

所述步驟(1)中的壓/劃痕器由刀桿(1)、刀頭(2)和鑲嵌有金剛石磨粒(5)的劃頭(3)組成，在刀頭(2)底面開有螺紋安裝孔，刀頭(2)和帶有磨粒的劃頭(3)之間通過螺紋連接，劃頭上鑲嵌有磨粒，磨粒的幾何形狀與大小、磨粒磨削刃角度、磨削刃半徑、劃頭固定方位和疏密程度是依據實驗方案來定的；

根據劃頭在刀頭端面的安裝位置不同，可以分為磨粒圓形陣列分布(a)、磨粒徑向陣列分布(b)、磨粒混合陣列分布(c)；

(2)將硬脆材料工件與測力儀裝夾好后固定在機床工作臺上，將步驟(1)的壓/劃痕器安裝在機床主軸上，根據實驗要求，對磨削速度Vs和工件進給速度V_w賦予一定的值，若只給定刀具旋轉磨削速度，則工件表面生成球盤式磨削劃痕；若只給定工件進給速度，則工件表面生成直線式磨削劃痕；若給定工件進給速度，同時給定刀具旋轉磨削速度，則工件表面生成次擺線進給軌跡劃痕；在同時給定磨削速度和工件進給速度的情況下，通過調整磨削速度Vs與工件進給速度V_w的關系，實現刀具不同軌跡間距的無疊加劃痕實驗；

關于次擺線軌跡模型，次擺線半徑R和周期步距S是該軌跡的兩個重要參數；半徑R在一個周期內是不斷變化的，而步距S是固定不變的，所述的次擺線進給軌跡的運動方程為：

式中：r為金剛石磨粒頂尖與刀桿軸線的偏移距離；n為機床主軸轉速；V_w為工件進給速度；t為時間；

刀具轉速公式為：Vs＝2πnr——(1)

式中r為金剛石磨粒頂尖與刀桿軸線的偏移距離；

次擺線軌跡的周期T為：

相鄰劃痕的步距S為：S＝V_wT——(3)

通過調整硬脆材料工件的傾斜角度，實現恒切深次擺線進給軌跡和變切深次擺線進給軌跡的劃痕實驗；

所述變切深次擺線進給軌跡劃痕實驗，工件傾斜角度大于0°，根據工件劃痕表面損傷情況，快速劃分硬脆材料彈/塑性變形區域、脆塑性轉變臨界區、脆性斷裂區域；

所述恒切深次擺線進給軌跡劃痕實驗，工件傾斜角度等于0°，用于固定劃痕深度的磨削力測試，在工件表面提取劃痕深度和劃痕間距的相互關系點；

(3)對步驟(2)得到的劃痕進行分析。

2.根據權利要求1所述基于次擺線進給軌跡的硬脆材料劃痕實驗方法，其特征在于，通過機床主軸轉速n輸入完成磨削速度Vs的調節，工件進給速度V_w是通過機床工作臺直線進給速度的輸入值控制，通過調整加工中心底座的切斜角度或者試件兩端的高度差，實現恒切深與變切深兩種不同的實驗。

3.根據權利要求1所述基于次擺線進給軌跡的硬脆材料劃痕實驗方法，其特征在于，所述步驟(2)中，當V_S≤45m/s時，為普通磨削；當45m/s≤V_S≤150m/s時，為高速磨削；當V_S≥150m/s時，為超高速磨削，驗證不同磨削速度對材料去除機理的影響。