[實用新型]一種超聲輔助高速單點劃擦試驗裝置

有效

• 申請號: 201821610271.9
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN209485896U
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 王帥;胡中偉;于怡青;李論;陳悅;徐西鵬
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N3/02
• 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;張迪

本實用新型公開了一種超聲輔助高速單點劃擦試驗裝置，多層結構砂輪安裝在高速精密磨床的主軸上，通過磨床主軸帶動多層結構砂輪高速轉動；多層結構砂輪沿軸向分布不同粒度的磨削層，不同磨削區域間設置凹槽，凹槽中可安裝金剛石壓頭，對刀后通過多層結構砂輪的高速旋轉在試樣表面產生一定切深的劃痕。超聲發生器通過導線與換能器、變幅桿相連，變幅桿與換能器連接，換能器安裝在測力儀上，測力儀安裝在在高速精密磨床的工作臺上；試樣通過夾具裝夾固定于變幅桿上，在超聲振動系統的作用下工件產生超聲振動，并通過高速精密磨床可進行軸向進給、徑向進給。本實用新型實現超聲輔助單顆磨粒的高速劃擦，裝置簡單、操作方便。

技術領域

本實用新型涉及超聲輔助磨削加工領域，具體涉及一種超聲輔助高速單點劃擦試驗裝置及方法。

背景技術

單晶硅、藍寶石、光學玻璃以及工程陶瓷等硬脆材料因其高硬度、高強度、高耐磨性、高耐熱性以及耐腐蝕性等一系列優良的機械物理性質，廣泛應用于航空航天、光學以及半導體等領域。但由于這些材料的硬度高、脆性大、化學惰性好，要實現對其高效精密加工較為困難。

超聲振動輔助磨削是加工硬脆性材料的一種有效方法，它是通過施加超聲振動輔助磨削去除材料的過程。超聲振動輔助磨削不僅加工精度高，且能夠降低磨削力和磨削溫度、減少砂輪堵塞和磨損，使得加工效率也有較大提高。超聲振動輔助磨削特別適用于難加工材料如鈦合金、高強鋼、復合材料、工程陶瓷、玻璃等高硬度、高塑性、高強度等的高效精密加工。

磨削過程其本質是大量離散分布在砂輪表面的磨粒完成的滑擦、耕犁、切削作用的綜合效果，輔助的加工機理極大程度地阻礙了對磨削加工過程的理解。單顆磨粒劃擦試驗作為一種常用的方法被廣泛應用模擬磨粒與工件的相互作用過程，以便更好的理解磨削過程，揭示磨削機理。相應地，超聲輔助單顆磨粒劃擦試驗也常被用于超聲輔助磨削機理的研究。單點劃擦試驗一般分為兩種，一種是固定切深的平面劃擦，另一種是變切深的鐘擺式劃擦。平面劃擦雖可獲得固定的切深，但往往劃擦速度較慢，而鐘擺式劃擦雖然速度可以達到與磨削相同的速度，但不能獲得固定切深。然而，為了能夠更好的揭示超聲輔助磨削機理，開展固定切深情況下的超聲輔助單顆磨粒高速劃擦試驗是非常必要的。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術之不足，提供一種超聲輔助高速單點劃擦試驗裝置及試驗方法，將超聲振動輔助磨削技術和高速單點劃擦系統相復合，通過本實用新型達到對單顆磨粒的高轉速的恒定切深的平面劃擦試驗，可用于端面磨削、研磨和拋光。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種超聲輔助高速單點劃擦試驗裝置，包括：高速磨削精密平面磨床、多層結構砂輪、超聲振動系統、測力儀和試樣；

所述高速精密磨床包括主軸、工作臺、磨床主體、控制面板；

所述超聲振動系統包括變幅桿、換能器、超聲發生器；

所述多層結構砂輪安裝在所述高速精密磨床的主軸上，通過操縱磨床主軸帶動多層結構砂輪高速轉動；所述多層結構砂輪沿砂輪基體的軸向分布不同粒度的磨削層；不同粒度的磨削層之間設置凹槽，凹槽中安裝金剛石壓頭；

所述超聲發生器通過導線與換能器、變幅桿相連，所述變幅桿與所述換能器連接，所述換能器安裝在所述測力儀上，所述測力儀安裝在在所述高速精密磨床的工作臺上，通過信號放大和數據采集獲得劃擦過程中試樣受力的數據；所述試樣通過夾具裝夾固定于變幅桿上，并通過高速精密磨床可進行軸向進給、徑向進給，使安裝在磨床上的多層結構砂輪通過不同粒度的磨削層對試樣進行粗磨、精磨和拋光，以獲得與砂輪表面曲率相同的弧形光滑表面；對刀后利用多層結構砂輪的高速轉動，使得金剛石壓頭對試樣表面進行固定切深的超聲輔助高速單點劃擦，在試樣表面產生一定切深的劃痕。

在一較佳實施例中：所述變幅桿的振動頻率在20-50KHz范圍內，振幅在5-50μm范圍內。