[發明專利]一種使用薄膜熱電偶測量刀具溫度的結構與制備方法

有效

• 申請號: 202010725206.6
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111982325B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 馮峰;張旻;夏有勝;徐浩銘;查慧婷;馮平法
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;G01K1/143
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

一種使用薄膜熱電偶測量刀具溫度的結構與制備方法，該結構包括絕緣膜、熱電偶薄膜、保護膜、刀具涂層和引出腳，所述絕緣膜形成在刀具所需測溫位置，所述絕緣膜上具有凹陷區域，所述熱電偶薄膜形成在所述凹陷區域內，所述保護膜形成在所述熱電偶薄膜上，所述涂層覆蓋所述保護膜，所述熱電偶薄膜與所述引出腳電連接，所述引出腳位于所述保護膜和所述涂層的覆蓋區域外并用于通過引出導線與溫度采集終端電連接。通過本發明，可獲得刀具整體性不受破壞、刀具表面平整、測溫準確性高、工作可靠、使用范圍廣的實時測溫刀具。

技術領域

本發明涉及切削刀具領域，特別是涉及一種使用薄膜熱電偶測量刀具溫度的結構與制備方法。

背景技術

切削加工是機械加工中一種重要的加工技術之一。在切削過程中，尤其是在金屬的切削過程中，由于切削刀具和加工工件之間、切屑和刀具之間存在劇烈的摩擦，由此產生大量的切削熱，且由于散熱條件影響等，切削熱主要集中在在離刀刃不遠的前刀面上，刀具溫度升高，加劇刀具磨損，使用壽命降低；同時引發工件微小變形，以及影響積屑瘤的產生和消失，導致最終加工精度降低。一般而言，切削溫度是指由刀具、切屑和工件所形成的切削區的平均溫度。切削溫度的高低在一定程度上反映了切削刀具的剩余使用壽命，以及加工狀態的好壞。為此在加工過程中需要對切削溫度進行監測。

另一方面，磨損也常常發生在后刀面上。為了能夠對后刀面上的磨損機理進行建模研究，一般也需要獲取其溫度分布情況。

在切削變形區，切屑沿前刀面流出的過程中與前刀面發生劇烈的摩擦和擠壓作用，使得溫度不斷升高。因此刀具溫度最高點位于前刀面靠近刀刃處。為了能夠獲取溫度在刀具上的精確分布情況，以及實時變化情況，對刀具溫度最高點進行監測是一種合理的方法。在目前常見的切削刀具溫度測量方法主要有自然熱電偶法、人工熱電偶法、半人工熱電偶法、輻射測溫法等。其中，自然熱電偶法依靠刀具與工件之間自然形成的熱電偶測溫，精度較差，而人工熱電偶法和半人工熱電偶法都需要在刀具或工件上打孔以放入熱電偶，使用上受到諸多限制，特別是難以獲取刀具溫度最高點處的準確溫度。輻射測溫法適用于遠距離物體表面溫度的非接觸測量場景，由于切削加工環境復雜，很難通過輻射測量的方法準確獲取刀具的溫度，同時該方法極易受到切削液、切屑、設備運動等的干擾，難以保證測量精度。上述傳統的熱電偶測溫方法不僅有較大的測溫誤差，也會降低刀具性能，影響加工質量。由于附著在前刀面上的硬質涂層的完整性和平整性直接影響刀具的使用壽命和加工質量，因此，對于嵌入式熱電偶測溫的刀具，需考慮熱電偶結構的加入對刀具表面結構帶來的變化。

另外，在制備熱電偶測溫刀具時，前人研究中多對分體式刀具進行真空燒制結合得到，這樣得到的刀具整體結構受到破壞。

以上背景技術內容的公開僅用于輔助理解本發明的發明構思及技術方案，其并不必然屬于本專利申請的現有技術，在沒有明確的證據表明上述內容在本專利申請的申請日已經公開的情況下，上述背景技術不應當用于評價本申請的新穎性和創造性。

發明內容

本發明的主要目的在于克服上述技術缺陷，提供一種使用薄膜熱電偶測量刀具溫度的結構與制備方法，以獲得測溫準確性高、刀具表面平整、工作可靠的實時測溫刀具。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種使用薄膜熱電偶測量刀具溫度的結構，包括絕緣膜、熱電偶薄膜、保護膜、刀具涂層和引出腳，所述絕緣膜形成在刀具所需測溫位置，所述絕緣膜上具有凹陷區域，所述熱電偶薄膜形成在所述凹陷區域內，所述保護膜形成在所述熱電偶薄膜上，所述涂層覆蓋所述保護膜，所述熱電偶薄膜與所述引出腳電連接，所述引出腳位于所述保護膜和所述涂層的覆蓋區域外并用于通過引出導線與溫度采集終端電連接。

進一步地：

所述保護膜形成在所述凹陷區域內，所述熱電偶薄膜與所述保護膜的厚度之和與所述凹陷區域的深度相等，優選地，所述凹陷區域的深度在0.5-5微米范圍內。