一种涂层刀具车削钛基复合材料温度的测量方法

摘要

本发明提供了一种涂层刀具车削钛基复合材料温度的测量方法，属于机械加工领域，具体包括步骤一至步骤六：其中步骤一为利用标定方法标定出硬质合金——颗粒增强钛基复合材料的热电偶标定曲线；步骤二为搭建实验平台，利用硬质合金刀具对颗粒增强钛基复合材料开展车削试验，测量硬质合金刀具车削金属基复合材料的热电势，并根据所述步骤一换算成切削温度；步骤三为测量车削时切屑的红外测量温度；步骤四为以自然热电偶测得的切削温度为标准，将测得的所述切削温度与标准切削温度进行比对，得出红外温度与标准温度的对应关系；通过这种间接测量的方法测出的数据准确度更高，测量更加方便，操作更加简单。

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体而言，涉及一种涂层刀具车削钛基复合材料温度的测量方法。

背景技术

车削即车床加工，车床加工是机械加工的一部份。车床加工主要用车刀对旋转的工件进行车削加工。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床加工。

车刀是用于车削加工的、具有一个切削部分的刀具。车刀是切削加工中应用最广的刀具之一。车刀的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。

颗粒增强钛基复合材料兼具钛合金与非金属增强体的综合性能，与基体钛合金相比，具有更高的比强度、比刚度，优异的抗蠕变、耐高温等极佳的物理性能和力学性能，在航空航天、电子信息及半导体照明和交通运输等领域有着重大且迫切的战略需求。

颗粒增强钛基复合材料的切削加工性比钛合金更差。涂层刀具是车削航空航天等难加工材料广泛采用的刀具材料，是常用来车削颗粒增强钛基复合材料有效的刀具之一。

在车削加工中，切削温度是切削过程的一项重要的性能指标，它直接反映了切削过程中切削热的产生，直接影响到切削力、已加工表面质量、刀具磨损、刀具寿命、加工成本和加工效率。

涂层刀具常采用CVD或者PVD方法进行涂层，由于涂层的种类及厚度不一，且涉及刀具生产企业的配方及工艺问题，无法准确获知涂层的材料类型，无法用传统快加热标定方法对涂层刀具的热电偶标定。因此在涂层刀具车削加工中不可避免地要遇到切削温度测量的问题。

近年来，国内外研究人员针对涂层刀具温度标定开展了一些研究，取得了一些进展。目前常用的方法有热电偶标定法、红外测温、涂层本身作为传感器测量方法等。但是热电偶标定法只是改变了加热方法，还是没有办法解决涂层标定试样的问题，红外测温方法测量的只是靠近切削区域的温度，实际切削区域温度要比切削区域的温度高，涂层本身作为传感器测量方法需要准确获知涂层材料的性能特点，但绝大多数的涂层材料性能特点还不明确。

发明内容

本发明提供了一种涂层刀具车削钛基复合材料温度的测量方法，旨在解决上述问题。

本发明是这样实现的：

一种涂层刀具车削钛基复合材料温度的测量方法，包括以下步骤：

步骤一：利用标定方法标定出硬质合金——颗粒增强钛基复合材料的热电偶标定曲线；

步骤二：搭建实验平台，利用硬质合金刀具对颗粒增强钛基复合材料开展车削试验，测量硬质合金刀具车削金属基复合材料的热电势，并根据所述步骤一换算成切削温度；

步骤三：测量车削时切屑固定流出点的红外测量温度；

步骤四：以自然热电偶测得的切削温度为标准，将测得的所述切削温度与标准切削温度进行比对，得出红外温度与标准温度的对应关系；

步骤五：将车削刀具换成涂层刀具进行车削，测得红外测量温度，通过所述步骤四得出的温度关系获得该条件下的车削温度；同时测量涂层刀具与颗粒增强钛基复合材料的热电势；

步骤六：拟合出涂层刀具——颗粒增强钛基复合材料的标定曲线。

进一步地，还包括步骤七：测量自然热电偶的热电势并通过标定曲线换算出对应的切削温度。

进一步地，在所述步骤二中采用自然热电偶方法测量硬质合金刀具车削金属基复合材料的热电势。

进一步地，在所述步骤三中利用红外测温仪发出的红外光束对准车削时切屑固定流出的点，得出红外测量温度。

进一步地，在所述步骤三中红外测温仪采用固定的发射率。

进一步地，在所述步骤五中将车削刀具换成涂层刀具进行车削后保持红外测温仪安装及测量位置不变。

进一步地，在所述步骤五中采用自然热电偶法测量涂层刀具与颗粒增强钛基复合材料的热电势。

进一步地，在所述步骤六中通过多元回归拟合的方法进行拟合。

进一步地，在所述步骤六中通过变换不同车削速度、进给量及切削深度获取多个热电势与车削温度的对应关系之后再进行拟合。

进一步地，所述实验平台包括用于安装红外测温仪的固定架，该固定架自下而上依次包括底座、调节杆及安装头，所述安装头球铰连接于所述调节杆的顶部；所述调节杆包括顶杆、底杆及调节套，所述顶杆及底杆沿竖向滑动连接，所述调节套设于顶杆及底杆的外部，调节套的下段与所述底杆转动连接，调节套的上段与顶杆螺接。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的涂层刀具车削钛基复合材料温度的测量方法，通过这种间接测量的方法测出的数据准确度更高，测量更加方便，操作更加简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的涂层刀具车削钛基复合材料温度的测量方法在实施过程中硬质合金刀具车削颗粒增强钛基复合材料车削温度测量试验平台的结构示意图；

图2是本发明实施方式提供的涂层刀具车削钛基复合材料温度的测量方法在实施过程中涂层刀具车削颗粒增强钛基复合材料车削温度测量试验平台的结构示意图；

图3是本发明实施方式提供的涂层刀具车削钛基复合材料温度的测量方法在实施过程中涂层刀具——颗粒增强钛基复合材料标定曲线的示意图；

图4是本发明实施方式提供的涂层刀具车削钛基复合材料温度的测量方法中固定架的剖视示意图；

图5是本发明实施方式提供的涂层刀具车削钛基复合材料温度的测量方法中固定架的主视示意图；

图6是本发明实施方式提供的涂层刀具车削钛基复合材料温度的测量方法的固定架中调节套的轴测示意图。

图中标记分别为：

颗粒增强钛基复合材料101；

红外测温仪102；

红外光束103；

红外测温点104；

硬质合金刀具105；

涂层刀具106；

切屑107；

固定架201；

底座202；

调节杆203；

安装头204；

顶杆205；

底杆206；

调节套207。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通 技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1，请参阅图1-图6。

本实施例提供了一种涂层刀具车削钛基复合材料温度的测量方法，主要用于测量涂层刀具106在车削颗粒增强钛基复合材料101时的切削温度，主要包括以下步骤：

步骤一：利用标定方法标定出硬质合金——颗粒增强钛基复合材料101的热电偶标定曲线；

步骤二：搭建实验平台，利用硬质合金刀具105对颗粒增强钛基复合材料101开展车削试验，测量硬质合金刀具105车削金属基复合材料的热电势，并根据所述步骤一换算成切削温度；

步骤三：测量车削时切屑107的红外测量温度；

步骤四：以自然热电偶测得的切削温度为标准，将测得的所述切削温度与标准切削温度进行比对，得出红外温度与标准温度的对应关系；

步骤五：将车削刀具换成涂层刀具106进行车削，测得红外测量温度，通过所述步骤四得出的温度关系获得该条件下的车削温度；同时测量涂层刀具106与颗粒增强钛基复合材料101的热电势；

步骤六：拟合出涂层刀具106——颗粒增强钛基复合材料101的标定曲线。

通过这种间接测量的方法测出的数据准确度更高，测量更加方便，操作更加简单。

在本实施例中还包括步骤七：测量自然热电偶的热电势并通过标定曲线换算出对应的切削温度。之间换算成切削温度使实验数据更加直观。

具体地，在所述步骤二中采用自然热电偶方法测量硬质合金刀具105车削金属基复合材料的热电势。自然热电偶方法测量热电势是常用的测量方法之一，具有准确性高、方便操作等优点。

具体地，在所述步骤三中利用红外测温仪102发出的红外光束103对准车削时切屑107流出的点，形成红外测温点104，得出红外测量温度。在切削过程中切屑107流出的点基本是固定的，利用红外测温仪102对准该固定点，使红外测温仪102持续进行温度测量，使实验结果更加准确。

具体地，在所述步骤三中红外测温仪102采用固定的发射率。固定的发射率使测量过程中数值的变化与温度的变化呈线性关系，准确性更高。

在所述步骤五中将车削刀具换成涂层刀具106进行车削后保持红外测温仪102安装及测量位置不变。这样使红外测温仪102在刀具变换前后所检测的位置保持一致，准确性更高。

具体地，在所述步骤五中采用自然热电偶法测量涂层刀具106与颗粒增强钛基复合材料101的热电势。采用自然热电偶法能够方便地测出热点势。

具体地，在所述步骤六中通过多元回归拟合的方法进行拟合。多元回归拟合方法是一种准确性比较高的拟合方法。

在拟合过程中，在所述步骤六中通过变换不同车削速度、进给量及切削深度获取多个热电势与车削温度的对应关系之后再进行拟合。通过不同情形的模拟测量，有利于得到更为准确的数值。

实验平台用于进行实验，其具体结构较为简单，可以在车床上进行，实验部位的结构示意图可以参考图1及图2；在实验平台中用到了红外测温仪102，在使用过程中红外测温仪102需要固定并进行调节，因此在本实施例中，所述实验平台包括用于安装红外测温仪102的固定架201，该固定架201自下而上依次包括底座202、调节杆203及安装头204，所述安装头204球铰连接于所述调节杆203的顶部；所述调节杆203包括顶杆205、底杆206及调节套207，所述顶杆205及底杆206沿竖向滑动连接，所述调节套207设于顶杆205及底杆206的外部，调节套207的下段与所述底杆206转动连接，调节套207的上段与顶杆205螺接。

底座202用于将该固定架201固定或安装在车床或其他设备上。调节杆203用于调节红外测温仪102的高度，安装头204与调节杆203球铰连接，在使用时可以进行角度的调整；调节杆203中顶杆205及底杆206沿竖向滑动连接，使得顶杆205能够相对底杆206上下滑动；调节套207与底杆206转动连接的关系，使调节套207能够相对底杆206转动，且转动过程中二者不发生位移；调节套207与顶杆205螺接的关系，使调节套207在转动时能够带动顶杆205上下移动，从而达到调节的作用。这种结构的调节杆203结构设计合理，在调节时只需要旋拧调节套207即可实现高度调节作用，操作简便，结构稳定，调节时整个固定架201稳定性更高，有利于对红外测温仪102位置的微调，间接使得实验更稳定，数据准确性更高。

实施例2。

本实施例提供了一种涂层刀具车削钛基复合材料温度的测量方法，具体包括以下步骤：

1)利用传统标定方法标定出硬质合金——颗粒增强钛基复合材料101的热电偶标定曲线

2)搭建如图1所示的试验平台，利用硬质合金刀具105对颗粒增强钛基复合材料101开展车削试验，采用自然热电偶方法测量硬质合金刀具105车削金属基复合材料的热电势，并根据步骤1)换算成切削温度

3)利用红外测温仪102发出的红外光束103对准车削时切屑107流出的某一固定点，选择固定的发射率，得出红外测量温度

4)以自然热电偶测得的切削温度为标准，将红外测温仪102测得的切削温度与标准切削温度进行比对，得出红外温度与标准温度的对应关系，得出如图

5)将车削刀具换成涂层刀具106进行车削，搭建如图2所示的试验平台。保持红外测温仪102安装及测量位置不变，测得红外测量温度，通过步骤4得出的温度关系可以获得该条件下准确的车削温度。同时采用自然热电偶法测量涂层刀具106与颗粒增强钛基复合材料101的热电势。

6)变换不同车削速度、进给量及切深获取多个热电势与车削温度的对应关系，通过多元回归拟合的方法拟合出如图3所示的涂层刀具106——颗粒增强钛基复合材料101的标定曲线。

7)后续只要测量自然热电偶的热电势就能通过标定曲线准确的换算出对应的切削温度。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。