[實(shí)用新型]一種精密切削微納米力學(xué)測試實(shí)驗(yàn)平臺

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202020172417.7
• 申請日: 2020-02-16
• 公開（公告）號: CN211639245U
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜文浩;潘延安;李佳偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

本實(shí)用新型公開了一種精密切削微納米力學(xué)測試實(shí)驗(yàn)平臺及方法。該實(shí)驗(yàn)平臺包括三軸超精密機(jī)床，三向微動臺，三向測力儀，激光位移傳感器，高速攝像機(jī)、熱成像儀；三向微動臺安裝于三向測力儀上，三向測力儀固定在三軸超精密機(jī)床的工作臺上，激光位移傳感器、高速攝像機(jī)、熱成像儀聚焦于切削位置。本實(shí)用新型可對切削實(shí)驗(yàn)過程中切削表面形成過程、切屑變形斷裂、切削力、切削溫度、切削深度、切削振動等進(jìn)行觀察與測量，通過所述的精密切削微納米力學(xué)測試實(shí)驗(yàn)平臺，可為材料去除機(jī)理、高質(zhì)量切削表面形成機(jī)制、切屑變形斷裂規(guī)律等研究提供平臺和方法支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及及材料微觀力學(xué)測試領(lǐng)域，尤其涉及一種精密切削微納米力學(xué)測試實(shí)驗(yàn)平臺。

背景技術(shù)

由于切削加工適應(yīng)性較強(qiáng)，生產(chǎn)效率較高，不受零件材料、尺寸和質(zhì)量的限制，可獲得較好的加工表面和加工精度，是材料超精密加工中的一種常用方法。但對于鎢合金、鈦合金等高硬度、高密度的硬脆難加工金屬材料，由于在加工過程中存在切削力大、切削區(qū)域溫度高、刀具磨損嚴(yán)重等問題，易導(dǎo)致材料加工表面產(chǎn)生凹坑和微裂紋等加工缺陷。

為了獲得較高質(zhì)量的加工表面，研究超精密加工過程中的力熱行為、材料去除機(jī)理及損傷形成機(jī)制尤為必要。包括切削加工過程中刀具與材料之間的接觸及作用機(jī)制，切削形成、變形及斷裂規(guī)律，材料變形流動機(jī)理，力熱行為對加工損傷的影響等。

現(xiàn)有切削加工過程中材料性能表征的研究方法主要通過殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)檢測加工表面殘余應(yīng)力，超景深三維立體顯微鏡或掃描電鏡觀測加工表面微觀組織結(jié)構(gòu)，粗糙度儀檢測表面粗糙度等方式，但以上檢測手段主要針對加工后的表面進(jìn)行檢測，無法實(shí)現(xiàn)在位測量。現(xiàn)有材料在位力學(xué)性能測試的研究方法主要通過在微觀納米尺度下對試樣材料進(jìn)行拉伸、壓縮等力學(xué)性能測試過程中，采用掃描電鏡，原子力顯微鏡等儀器對載荷作用下材料發(fā)生的微觀變形、破壞過程進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，但力學(xué)性能測試方法無法準(zhǔn)確表征材料的實(shí)際切削狀態(tài)，難以滿足切削加工過程中的研究需求。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有切削加工過程中材料性能表征的研究方法對切削表面粗糙度等方式檢測手段主要針對加工后的表面進(jìn)行檢測，無法實(shí)現(xiàn)在位測量，且力學(xué)性能測試方法無法準(zhǔn)確表征材料的實(shí)際切削狀態(tài)，難以滿足切削加工過程中的研究需求。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種精密切削微納米力學(xué)測試實(shí)驗(yàn)平臺，通過在線檢測切削加工過程中刀具與材料之間的接觸及作用機(jī)制，切削形成、變形及斷裂規(guī)律，材料變形流動機(jī)理，力熱行為對加工損傷的影響等，為獲得較高質(zhì)量的加工表面提供研究基礎(chǔ)。

本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本方案提供一種精密切削微納米力學(xué)測試實(shí)驗(yàn)平臺，包括：三軸超精密機(jī)床，三向微動臺，三向測力儀，激光位移傳感器，高速攝像機(jī)、熱成像儀；三向微動臺安裝于三向測力儀上，三向測力儀固定在三軸超精密機(jī)床的工作臺上，激光位移傳感器、高速攝像機(jī)、熱成像儀聚焦于切削位置；

在切削過程中，三向測力儀采集切削力的變化過程數(shù)據(jù)、激光位移傳感器采集振動數(shù)據(jù)、高速攝像機(jī)采集切屑斷裂分離情況、熱成像儀采集中切削溫度的變化過程數(shù)據(jù)。

工作原理：本實(shí)用新型提供的精密切削微納米力學(xué)測試實(shí)驗(yàn)平臺，包括運(yùn)動系統(tǒng)和測試系統(tǒng)。運(yùn)動系統(tǒng)包括三軸超精密車床和三向微動臺；測試系統(tǒng)包括激光位移傳感器、高速攝像機(jī)、熱成像儀，三向測力儀。激光位移傳感器聚焦于切削處，對刀具劃擦過程中的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；高速攝像機(jī)聚焦于切削處用于獲取劃擦過程中切屑斷裂分離情況；熱成像儀聚焦于切削處可獲取劃擦加工中劃擦溫度的變化過程；三向測力儀固定在三軸超精密車床的工作臺上，用于檢測劃擦加工中劃擦力的變化過程。本實(shí)用新型通過三軸超精密車床，配合激光位移傳感器、高速攝像機(jī)、熱成像儀和三向測力儀，可對切削實(shí)驗(yàn)過程中切削表面形成過程、切屑變形斷裂、切削力、切削溫度、切削深度、切削振動等進(jìn)行觀察與測量，為材料去除機(jī)理、高質(zhì)量切削表面形成機(jī)制、切屑變形斷裂規(guī)律等研究提供平臺和方法支撐。