[發(fā)明專利]一種金屬基復(fù)合材料微細(xì)切削刀具與磨損監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111394158.8
• 申請日: 2021-11-23
• 公開（公告）號: CN114102259B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭芳瑜;鄧犇;江杰;崔飛杰;楊明輝;韓富強(qiáng);閆澳迪
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09;B23B27/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 徐美琳

本發(fā)明公開了一種金屬基復(fù)合材料微細(xì)切削刀具與磨損監(jiān)測方法，屬于金屬基復(fù)合材料精密加工技術(shù)領(lǐng)域。刀具包括刀片、刀柄、應(yīng)變片、等值電阻、惠斯通電橋電路，將加工過程中的應(yīng)變值轉(zhuǎn)換為后刀面法向應(yīng)變力，結(jié)合陶瓷增強(qiáng)顆粒二體磨粒磨損量、陶瓷增強(qiáng)顆粒三體磨粒磨損量、金屬基體粘著磨損量構(gòu)造刀具后刀面磨損速率模型，得到后刀面磨損帶寬度變化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)后刀面磨損速率監(jiān)測。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)金屬基復(fù)合材料精密切削過程刀具后刀面法向壓力和刀具磨損量的實(shí)時(shí)計(jì)算與監(jiān)測，指導(dǎo)實(shí)際加工過程中的刀具更換，保證產(chǎn)品生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料精密加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種金屬基復(fù)合材料微細(xì)切削刀具與磨損監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料相比傳統(tǒng)的金屬材料，具有較輕的質(zhì)量，較高的強(qiáng)度、剛度、硬度和耐磨性，良好的熱膨脹系數(shù)和尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。近年來，隨著機(jī)械制造和材料科學(xué)的快速發(fā)展，航天航空、軍事、能源、汽車、電子、醫(yī)療和光學(xué)等工業(yè)領(lǐng)域?qū)α悴考牟牧闲阅芎头坌阅芴岢隽嗽絹碓礁叩囊螅捎谔沾深w粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料上述優(yōu)異的性能，在這些領(lǐng)域的應(yīng)用中展現(xiàn)出良好的潛力。該種材料通常通過如粉末冶金、熱擠壓、壓力浸滲和鑄造等近凈成形技術(shù)成型，隨后，需要進(jìn)行機(jī)械后加工(例如：車削、銑削、磨削和拋光)以獲得所需的尺寸精度和表面質(zhì)量。

然而，由于高硬度陶瓷增強(qiáng)顆粒的高磨蝕性以及金屬基體的高粘著性，金屬基復(fù)合材料在切削過程中存在過量的刀具磨損問題，從而成為典型的難加工材料。一方面，刀具在與較軟金屬基體材料和較硬的陶瓷增強(qiáng)顆粒交替地切觸過程中受到不利的交變應(yīng)力的影響，會造成刀具災(zāi)難性失效和刀具壽命縮短。另一方面，精加工過程中刀具磨損會惡化工件的幾何尺寸精度與表面形貌，從而造成昂貴的金屬基復(fù)合材料零部件的報(bào)廢。

目前尚無實(shí)時(shí)監(jiān)測金屬基復(fù)合材料微細(xì)切削過程刀具磨損的方法手段。因此，亟需發(fā)明一種有效的金屬基復(fù)合材料切削過程刀具磨損監(jiān)測裝置與方法，指導(dǎo)生產(chǎn)人員在刀具達(dá)到最大使用壽命前進(jìn)行刀具更換，從而最大化的節(jié)約生產(chǎn)成本，保證零部件的質(zhì)量與合格率。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬基復(fù)合材料微細(xì)切削刀具與磨損監(jiān)測方法，旨在實(shí)現(xiàn)刀具后刀面磨損量的實(shí)時(shí)監(jiān)測，指導(dǎo)生產(chǎn)人員在刀具達(dá)到最大使用壽命前進(jìn)行刀具更換，從而最大化的節(jié)約生產(chǎn)成本，保證零部件的質(zhì)量與合格率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種金屬基復(fù)合材料微細(xì)切削刀具，包括刀片和刀柄；刀片的前刀面具有應(yīng)變片凹槽、電阻凹槽和線槽，應(yīng)變片凹槽位于前刀面無限接近主切削刃處，電阻凹槽位于前刀面遠(yuǎn)離主切削刃處，線槽分布于前刀面四周邊緣；應(yīng)變片凹槽中并列相背地設(shè)置有第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片，電阻凹槽中設(shè)置有第一等值電阻和第二等值電阻，線槽中設(shè)置有導(dǎo)線，用于將第一應(yīng)變片、第二應(yīng)變片與第一電阻、第二電阻按照惠斯通電橋電路連通。

優(yōu)選地，第一電阻和第二電阻的阻值相等。

優(yōu)選地，刀具的材料為聚晶金剛石。

本發(fā)明第二方面提供了一種上述金屬基復(fù)合材料微細(xì)切削刀具的磨損監(jiān)測方法，

前刀面上的應(yīng)變片在力的作用下發(fā)生形變，其阻值發(fā)生變化，使得惠斯通電橋輸出電壓發(fā)生改變，測得輸出電壓即可得到應(yīng)變片的應(yīng)變值，通過應(yīng)力應(yīng)變公式將加工過程中的應(yīng)變值轉(zhuǎn)換為后刀面法向應(yīng)力；

將加工過程中的應(yīng)變值轉(zhuǎn)換為后刀面法向應(yīng)變力，結(jié)合陶瓷增強(qiáng)顆粒二體磨粒磨損量、陶瓷增強(qiáng)顆粒三體磨粒磨損量、金屬基體粘著磨損量構(gòu)造刀具后刀面磨損速率模型，得到后刀面磨損帶寬度變化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)后刀面磨損速率監(jiān)測。

進(jìn)一步地，陶瓷增強(qiáng)顆粒二體磨粒磨損量表示為：