[發(fā)明專利]一種動態(tài)監(jiān)測陶瓷材料超精密加工韌脆去除的裝置

有效

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• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110039665B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李甲;方棋洪;田圓圓;易明
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: B28D1/16
• 分類號: B28D1/16;B28D7/00;B28D7/02
• 代理公司: 深圳市興科達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44260
• 代理人: 徐民奎

本發(fā)明公開一種動態(tài)監(jiān)測陶瓷材料超精密加工韌脆去除的裝置，該裝置采用微納米成像儀計算超精密加工過程中工件表面面積，通過微結(jié)構(gòu)演變與表面積變化趨勢的定性關(guān)系，預(yù)測陶瓷材料超精密加工為韌性去除還是脆性去除。從而，可以進(jìn)一步通過改變超精密加工速度，實現(xiàn)韌性去除，降低亞表面損傷，提高表面完整性。本發(fā)明可以簡單、方便、快捷地判斷脆性材料超精密加工過程中材料的去除機制，解決復(fù)雜原位掃描電子顯微鏡或透射電鏡顯微鏡通過觀察微結(jié)構(gòu)演變判斷材料去除機制的復(fù)雜性和困難性，同時節(jié)省了人力和物力，避免材料的浪費。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種動態(tài)監(jiān)測陶瓷材料超精密加工及調(diào)整去除方式的裝置，具體涉及一種動態(tài)監(jiān)測陶瓷材料超精密加工韌脆去除的裝置。

背景技術(shù)

陶瓷材料由于具有優(yōu)越的物理和力學(xué)性能，在機械、電子、航空航天、國防軍工、仿生器械、機器人等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但隨著機械產(chǎn)品朝“高、精、尖”的方向發(fā)展，對陶瓷器件性能要求越來越苛刻，如高表面完整性、低亞表面損傷等。同時，陶瓷材料本身的硬脆性使得其在加工的過程中不可避免的產(chǎn)生加工損傷和裂紋，降低了其可靠性。如何有效的降低陶瓷材料加工過程中的損傷以及控制裂紋的擴展的問題亟待解決。最新研究表明，通過改變加工速度和加工深度實現(xiàn)從脆性去除機制到韌性去除機制的轉(zhuǎn)變，可以有效提高加工表面的質(zhì)量、降低亞表面損傷和抑制亞表面微裂紋的形核。

為抑制亞表面微裂紋的形核、獲得高表面完整性和低亞表面損傷乃至無損傷的陶瓷結(jié)構(gòu)材料，是推進(jìn)超精密加工方式不斷變革的永恒驅(qū)動力。目前關(guān)于陶瓷材料的超精密加工參數(shù)與加工表面性能相關(guān)性的研究方法通常是使用相同特征參數(shù)的陶瓷試樣分別在不同加工速度和深度下進(jìn)行超精密加工，進(jìn)而確定實現(xiàn)高表面完整性和低亞表面損傷甚至無損傷效果的加工參數(shù)。然而，此方法具有浪費材料、消耗能源、延長試驗周期等諸多缺點。

動態(tài)監(jiān)測陶瓷材料超精密加工韌脆去除裝置是運用微結(jié)構(gòu)演變與表面積變化趨勢的定性關(guān)系實現(xiàn)陶瓷材料的超精密加工為韌性去除還是脆性去除的預(yù)測，這樣便可根據(jù)加工試件表面積演變調(diào)控加工速度和深度，實現(xiàn)超精密加工陶瓷材料的全過程均為韌性去除。這不僅提高超精密加工陶瓷結(jié)構(gòu)材料的效率，降低實驗材料和時間消耗，具有重要的意義。同時通過動態(tài)監(jiān)測陶瓷材料超精密加工韌脆去除裝置制備的這種全程為韌性去除的材料，具有高表面完整性、低亞表面損傷甚至無損傷的特點，進(jìn)一步滿足了機械、電子、航空航天、國防軍工、仿生器械、機器人等領(lǐng)域?qū)μ沾刹牧系母咝阅芤?，具有重大的實用意義。本專利相比以前提出的傳統(tǒng)超精密加工陶瓷材料的方法，可以實現(xiàn)陶瓷材料去除機制的實時監(jiān)測、并進(jìn)行加工參數(shù)反饋，最終實現(xiàn)脆性去除機制到韌性去除機制的轉(zhuǎn)變，有效提高加工表面的質(zhì)量、降低亞表面損傷和抑制亞表面微裂紋的形核。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有裝置的弊端，大幅縮短超精密加工工件材料的研究時間、降低實驗成本，本發(fā)明提出一種檢測工藝簡單，實現(xiàn)超精密加工陶瓷材料實時動態(tài)的調(diào)整，滿足韌性去除的加工要求，制備高質(zhì)量表面完整性和低亞表面損傷陶瓷材料的超精密加工裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種動態(tài)監(jiān)測陶瓷材料超精密加工韌脆去除的裝置，包括超精密加工系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、邏輯判斷系統(tǒng)以及加工速度和深度控制系統(tǒng)；

所述超精密加工系統(tǒng)包括車床，刀具和陶瓷工件，用于陶瓷材料的超精密加工；

所述冷卻系統(tǒng)由冷卻液、冷卻液噴霧機和冷卻液回收槽組成，用于促進(jìn)加工熱的消散；

所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由微納米成像儀與數(shù)據(jù)反饋電腦組成，用于收集陶瓷材料超精密加工表面積數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)；

所述邏輯判斷系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)反饋判斷陶瓷材料加工過程處于脆性去除還是韌性去除方式，并將判斷結(jié)果實時傳輸給加工速度和深度控制系統(tǒng)。

所述加工速度和深度控制系統(tǒng)由速度控制器與深度控制器組成，用于及時對加工速度和深度做出相應(yīng)調(diào)整，實現(xiàn)陶瓷材料韌性去除。