刀具磨損率的測定方法及刀具磨損預(yù)測模型的建立方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種刀具磨損率的測定方法及刀具磨損預(yù)測模型的建立方法，本發(fā)明通過將刀尖切削抽象成擴(kuò)散偶樣件進(jìn)行高溫高壓實(shí)驗(yàn)，同時引入了溫度和壓力變量，較已有其它方法更接近切削的實(shí)際情況。對結(jié)果進(jìn)行定量分析測試，基于測試結(jié)果建立的綜合磨損預(yù)測模型，考慮了擴(kuò)散與粘結(jié)磨損、磨粒磨損的耦合作用，在金屬切削加工技術(shù)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。
【專利說明】
刀具磨損率的測定方法及刀具磨損預(yù)測模型的建立方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及刀具磨損領(lǐng)域，更具體涉及一種刀具磨損率的測定方法及刀具磨損預(yù) 測模型的建立方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速切削是實(shí)現(xiàn)高效加工的途徑之一，而高的切削溫度和劇烈的刀具磨損是限制 刀具切削速度的主要因素。通過研究高速切削刀具的磨損過程，剖析刀具的磨損機(jī)理，并建 立更精確的刀具定量模型，有利于切削參數(shù)的合理選用，實(shí)現(xiàn)高效加工。在高速切削加工 中，刀具磨損機(jī)理主要為粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損和磨粒磨損，不同磨損機(jī)理共同存在、相互影 響。
[0003] 對于擴(kuò)散磨損主要關(guān)注工件/刀具元素的擴(kuò)散程度，根據(jù)測試結(jié)果來判斷擴(kuò)散磨 損的發(fā)生與劇烈程度。研究者認(rèn)識到了擴(kuò)散對材料基體性能的改變，但缺乏合適的評價指 標(biāo)，較少報道擴(kuò)散對材料基體物理性能影響的定量研究。擴(kuò)散磨損模型大多根據(jù)Fick第二 擴(kuò)散定律，計算擴(kuò)散造成的材料迀移或損失，而沒有考慮擴(kuò)散對材料的改變造成的磨損率 變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] (一)要解決的技術(shù)問題
[0005 ]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何定量的確定刀具磨損率和預(yù)測磨損量。
[0006] (二)技術(shù)方案
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種刀具磨損率的測定方法，所述方法包 括以下步驟：
[0008] S1、仿真切削過程的物理場，得到切削過程中刀具刀尖的溫度場的分布以及對應(yīng) 的壓力場的分布；
[0009] S2、制備擴(kuò)散偶樣件，其中所述擴(kuò)散偶樣件包括刀具模塊以及工件模塊，所述刀具 模塊和所述工具模塊疊加設(shè)置；
[0010] S3、將所述擴(kuò)散偶樣件放置于真空環(huán)境中，并施加所述步驟S1中得到的所述溫度 場中的各個溫度以及對應(yīng)的壓力，保溫對應(yīng)于所施加的溫度和壓力的預(yù)定時間后取出所述 擴(kuò)散偶樣件;其中所述壓力是所述壓力場中的一個壓力值；
[0011] S4、將所述擴(kuò)散偶樣件切割，通過切割面確定對應(yīng)于不同溫度、壓力的擴(kuò)散濃度以 及擴(kuò)散深度，確定所述擴(kuò)散偶樣件隨溫度、壓力的擴(kuò)散函數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)；
[0012] S5、將所述擴(kuò)散偶樣件進(jìn)行分離，沿擴(kuò)散界面分開，采用微粒噴漿沖蝕試驗(yàn)機(jī)測試 得到在不同溫度、壓力、保溫時間條件下磨損率沿擴(kuò)散層深度方向的磨損率變化情況，確定 刀具材料磨損率與元素濃度的關(guān)系函數(shù)。
[0013]
[0014]優(yōu)選地，所述步驟S1中利用切削仿真軟件仿真過程的物理場。
[0015] 優(yōu)選地，所述步驟S2中的所述擴(kuò)散偶樣件的上表面以及下表面的平行度小于預(yù)定 平行度值，所述擴(kuò)散偶樣件的擴(kuò)散面的粗糙度小于預(yù)定粗糙度值，所述刀具模塊的長度小 于所述工件模塊的長度，所述刀具模塊的寬度小于所述工件模塊的寬度，所述刀具模塊的 厚度大于所述工件模塊的厚度。
[0016] 優(yōu)選地，所述步驟S3具體包括以下步驟：
[0017] S31、將所述擴(kuò)散偶樣件放入擴(kuò)散焊試驗(yàn)機(jī)中，所述擴(kuò)散偶樣件的上表面和下表面 均墊有陶瓷片；
[0018] S32、將所述擴(kuò)散焊試驗(yàn)機(jī)中抽成真空狀態(tài)，之后施加預(yù)定溫度;其中，所述預(yù)定溫 度為所述溫度場中的一個溫度值；
[0019] S33、利用壓頭向所述擴(kuò)散偶樣件的上下表面施加預(yù)定壓力;其中所述預(yù)定壓力為 與所述步驟S32中的所述預(yù)定溫度對應(yīng)的壓力；
[0020] S34、保溫保壓預(yù)定時間；
[0021] S35、撤銷壓力、降低溫度，之后取出所述擴(kuò)散偶樣件。優(yōu)選地，所述步驟S4中采用 能譜分析儀對所述切割面進(jìn)行線掃描，確定各元素的所述擴(kuò)散濃度以及擴(kuò)散深度。
[0022] 優(yōu)選地，所述步驟S5中利用微粒噴漿沖蝕試驗(yàn)機(jī)對所述擴(kuò)散層進(jìn)行磨損率測試， 在垂直與所述擴(kuò)散界面進(jìn)行微粒沖蝕試驗(yàn)，得到磨損率函數(shù)。
[0023] -種刀具磨損預(yù)測模型的建立方法，所述方法包括上述方法，并且所述方法還包 括以下步驟：
[0024] S6、根據(jù)所述步驟S4得到的擴(kuò)散濃度、擴(kuò)散深度對應(yīng)的溫度以及對應(yīng)的壓力確定 擴(kuò)散函數(shù)中的系數(shù)，擴(kuò)散函數(shù)式為：
[0026]式中，Co為初始濃度，D擴(kuò)散系數(shù)，t為擴(kuò)散時間，erf為誤差函數(shù)，x為深度方向坐 標(biāo)，I為積分變量；
[0028]式中，Do (N)為頻率因子函數(shù)，N為法向壓力，Q為擴(kuò)散激活能，T為擴(kuò)散溫度，k為氣 體常數(shù)；
[0029] S7、對所述擴(kuò)散層進(jìn)行磨損率測試，得到刀具材料擴(kuò)散深度方向的磨損率函數(shù)wt (X )和工件材料的磨損率Wm;
[0030] S8、根據(jù)所述磨損率函數(shù)以及所述擴(kuò)散函數(shù)分析磨損率與不同元素的擴(kuò)散函數(shù)的相 關(guān)性，選取主要影響元素，確定擴(kuò)散層影響深度X對應(yīng)的擴(kuò)散濃度與原始濃度比值Cd，得到不 同元素的擴(kuò)散影響深度函數(shù)Xi(N，T，t)或主要影響元素的平均擴(kuò)散影響深度函數(shù)
[0031] S9、根據(jù)某一主要影響元素的擴(kuò)散影響深度函數(shù)XdHt)或主要影響元素的平 均擴(kuò)散影響深度函數(shù)確定磨損模型為：
[0033]或 /J / -
[0034] (y, //) ? A., /'(v,; (X ), u;;;, N) (8) at
[0035]式中，w為磨損量，AK y j)為刀具幾何參數(shù)函數(shù)，y為前角，0為刃傾角;wtUOS 刀具的磨損率函數(shù)，為主要影響元素擴(kuò)散的深度Xi(N，T，t)或平均元素擴(kuò)散深度無 的函數(shù)。
[0036]優(yōu)選地，所述步驟S7中采用微粒噴漿沖蝕試驗(yàn)機(jī)對所述擴(kuò)散層進(jìn)行磨損率測試， 在垂直與所述擴(kuò)散界面進(jìn)行微粒沖蝕試驗(yàn)。
[0037](三)有益效果
[0038] 本發(fā)明提供了一種刀具磨損率的測定方法及刀具磨損預(yù)測模型的建立方法，本發(fā) 明通過將刀尖切削抽象成擴(kuò)散偶樣件進(jìn)行高溫高壓實(shí)驗(yàn)，同時引入了溫度和壓力變量，較 已有其它方法更接近切削的實(shí)際情況。對結(jié)果進(jìn)行定量分析測試，基于測試結(jié)果建立的綜 合磨損預(yù)測模型，考慮了擴(kuò)散與粘結(jié)磨損、磨粒磨損的耦合作用，在金屬切削加工技術(shù)領(lǐng)域 有著廣闊的應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。
【附圖說明】
[0039] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0040] 圖1是本發(fā)明的刀具磨損率的測定方法的流程圖；
[0041 ]圖2坐標(biāo)系示意圖；
[0042]圖3是本發(fā)明中擴(kuò)散偶樣件的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā) 明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0044] -種刀具磨損率的測定方法，如圖1所示，所述方法包括以下步驟：
[0045] S1、仿真切削過程的物理場，得到切削過程中刀具刀尖的溫度場的分布以及對應(yīng) 的壓力場的分布;此步驟中根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置相應(yīng)的材料參數(shù)、刀具加工角度參數(shù)和切削 參數(shù)等，針對相應(yīng)的刀具/工件材料組合，運(yùn)用切削仿真軟件進(jìn)行切削過程物理場仿真，仿 真得到不同切削下刀尖的物理場(溫度場、壓力場)分布情況，根據(jù)物理場的分析結(jié)果確定 高溫高壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)的溫度和壓力參數(shù)，即溫度場的分布以及對應(yīng)的壓力場的分布；
[0046] S2、制備擴(kuò)散偶樣件，其中所述擴(kuò)散偶樣件包括刀具模塊以及工件模塊，所述刀具 模塊和所述工具模塊疊加設(shè)置；
[0047] S3、將所述擴(kuò)散偶樣件放置于真空環(huán)境中，并施加所述步驟S1中得到的所述溫度 場中的各個溫度以及對應(yīng)的壓力，保溫對應(yīng)于所施加的溫度和壓力的預(yù)定時間后取出所述 擴(kuò)散偶樣件;其中所述壓力是所述壓力場中的一個壓力值；
[0048] S4、將所述擴(kuò)散偶樣件切割，通過切割面確定對應(yīng)于不同溫度、壓力的擴(kuò)散濃度以 及擴(kuò)散深度，根據(jù)所述擴(kuò)散濃度以及擴(kuò)散深度確定刀具的擴(kuò)散磨損程度;此步驟中優(yōu)選地 將擴(kuò)散偶按一定規(guī)格尺寸切割，根據(jù)測試要求進(jìn)行制樣，采用能譜分析儀(EDS)測試擴(kuò)散偶 截面元素的擴(kuò)散情況，沿垂直于擴(kuò)散面的剖截面進(jìn)行線掃描。設(shè)置坐標(biāo)系如所示圖2所示， 擴(kuò)散界面為x = 〇,硬質(zhì)合金一側(cè)為x正向。測試得到各元素不同條件下(材料、溫度、壓力、保 溫時間等)的擴(kuò)散濃度、擴(kuò)散深度情況和變化規(guī)律。
[0049] 本發(fā)明通過將刀尖切削抽象成擴(kuò)散偶樣件進(jìn)行高溫高壓實(shí)驗(yàn)，同時引入了溫度和 壓力變量，較已有其它方法更接近切削的實(shí)際情況。
[0050] 進(jìn)一步地，所述步驟S2中將刀具材料和工件材料采用切削加工或線切割制成一定 尺寸、形狀的樣塊，并進(jìn)行打磨、拋光和清洗，使得所述擴(kuò)散偶樣件的上表面以及下表面的 平行度小于預(yù)定平行度值，所述擴(kuò)散偶樣件的擴(kuò)散面達(dá)到鏡面效果，粗糙度小于預(yù)定粗糙 度值，所述刀具模塊的長度小于所述工件模塊的長度，所述刀具模塊的寬度小于所述工件 模塊的寬度，所述刀具模塊的厚度大于所述工件模塊的厚度。擴(kuò)散偶的原理示意圖如圖3所 示，1為工件模塊，2為刀具模塊，A、B均為局部放大圖。從圖中觀可以看到擴(kuò)散情況。
[0051] 進(jìn)一步地，所述步驟S3具體包括以下步驟：
[0052] S31、將所述擴(kuò)散偶樣件放入擴(kuò)散焊試驗(yàn)機(jī)中，所述擴(kuò)散偶樣件的上表面和下表面 均墊有陶瓷片；
[0053] S32、將所述擴(kuò)散焊試驗(yàn)機(jī)中抽成真空狀態(tài)，之后施加預(yù)定溫度;其中，所述預(yù)定溫 度為所述溫度場中的一個溫度值；
[0054] S33、利用壓頭向所述擴(kuò)散偶樣件的上下表面施加預(yù)定壓力;其中所述預(yù)定壓力為 與所述步驟S32中的所述預(yù)定溫度對應(yīng)的壓力；
[0055] S34、保溫保壓預(yù)定時間后取出所述擴(kuò)散偶樣件，具體地，保溫完成后先卸載壓力， 往后降溫，最后取出試件。根據(jù)切削過程物理場仿真結(jié)果，溫度和壓力在分布范圍內(nèi)取不同 的水平，保溫時間按指數(shù)取不同的水平。
[0056] 進(jìn)一步地，所述方法還包括以下步驟：
[0057] S5、利用微粒噴漿沖蝕試驗(yàn)機(jī)對所述擴(kuò)散層進(jìn)行磨損率測試，在垂直與所述擴(kuò)散 界面進(jìn)行微粒沖蝕試驗(yàn)，得到刀具材料擴(kuò)散深度方向的磨損率函數(shù)wt (x)和工件材料的磨 損率Wm;
[0058]本發(fā)明還公開了一種刀具磨損預(yù)測模型的建立方法，該方法包括上述刀具磨損率 的測定方法，并且還包括以下步驟：
[0059] S6、根據(jù)所述步驟S4得到的擴(kuò)散濃度、擴(kuò)散深度對應(yīng)的溫度以及對應(yīng)的壓力確定 擴(kuò)散函數(shù)中的系數(shù)，擴(kuò)散函數(shù)式為：
[0061] 式中，Co為初始濃度，D擴(kuò)散系數(shù)，t為擴(kuò)散時間，erf為誤差函數(shù)，x為深度方向坐 標(biāo)，I為積分變量； 0
[0062] D{NJ) = D{){N)c ^(H))
[0063]式中，Do (N)為頻率因子函數(shù)，N為法向壓力，Q為擴(kuò)散激活能，T為擴(kuò)散溫度，k為氣 體常數(shù)；
[0064] S7、對所述擴(kuò)散層進(jìn)行磨損率測試，得到刀具材料擴(kuò)散深度方向的磨損率函數(shù)wt (X )和工件材料的磨損率Wm;
[0065] S8、根據(jù)所述磨損率函數(shù)以及所述擴(kuò)散函數(shù)分析磨損率與不同元素的擴(kuò)散函數(shù)的相 關(guān)性，選取主要影響元素，確定擴(kuò)散層影響深度X對應(yīng)的擴(kuò)散濃度與原始濃度比值Cd，得到不 同元素的擴(kuò)散影響深度函數(shù)XKUt)或主要影響元素的平均擴(kuò)散影響深度函數(shù)7(AU_'.〇;
[0066] S9、根據(jù)所述某一主要元素的擴(kuò)散影響深度函數(shù)XJUt)或主要影響元素的平 均擴(kuò)散影響深度函數(shù)7(A ;. 7'./)確定磨損模型為：
[0070] 式中，W為磨損量，AK y，0)為刀具幾何參數(shù)函數(shù)，y為前角，0為刃傾角;wtUOS 刀具的磨損率函數(shù)，為主要影響元素擴(kuò)散的深度Xi(N，T，t)或平均元素擴(kuò)散深度廠./) 的函數(shù)。
[0071] 上世紀(jì)模型建立方法對結(jié)果進(jìn)行定量分析測試，基于測試結(jié)果建立的綜合磨損測 定模型，考慮了擴(kuò)散與粘結(jié)磨損、磨粒磨損的耦合作用，在金屬切削加工技術(shù)領(lǐng)域有著廣闊 的應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。
[0072] 下面通過一個具體的實(shí)施例對上述方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0073]本實(shí)施例以京瓷KW10硬質(zhì)合金刀具高速車削TC4鈦合金為例，該方法具體步驟如 下：
[0074]步驟一：切削過程物理場仿真。針對相應(yīng)的刀具/工件材料組合(如京瓷KW10硬質(zhì) 合金刀片和TC4鈦合金），運(yùn)用切削仿真軟件The ThirdWave AdvantEdge進(jìn)行二維切削仿 真。根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置相應(yīng)的材料參數(shù)、刀具加工角度參數(shù)和切削參數(shù)等。本例中，刀片采 用京瓷SNGA120408-KW10可轉(zhuǎn)位車刀片，刀桿為株洲鉆石CSRNR2525M12刀桿。根據(jù)刀具、工 件材料設(shè)置相應(yīng)的材料;設(shè)置切削加工前角為6°，加工后角為-6° ;切削參數(shù)根據(jù)實(shí)際切削 情況設(shè)置切削速度范圍為100~160m/min，進(jìn)給量范圍為0.05~0.2mm/r，切削深度為 1.5mm。在后處理中得到不同切削參數(shù)下刀尖的物理場(溫度場、壓力場)分布情況，根據(jù)物 理場的分析結(jié)果確定高溫高壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)的溫度和壓力參數(shù)。本例中，得到前刀面切削區(qū)溫 度梯度分布范圍為550~850°C，壓力分布范圍為200~800MPa。
[0075]步驟二:擴(kuò)散偶樣件制備。
[0076]將刀具材料和工件材料采用切削加工或線切割制成塊狀，尺寸、形狀根據(jù)實(shí)際情 況選取，要求樣件上下表面平行度小于〇. 〇5mm，鈦合金塊長度、寬度要大于硬質(zhì)合金塊，厚 度則小于硬質(zhì)合金塊。將樣塊擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)平面進(jìn)行打磨、拋光和清洗，達(dá)到鏡面效果，平面粗 糙度小于〇.〇5iim。
[0077] 步驟三:高溫高壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)。
[0078]將刀具/工件材料樣塊的拋光面相貼合，很成擴(kuò)散偶樣件。將擴(kuò)散偶放入擴(kuò)散焊試 驗(yàn)機(jī)中，上下均用陶瓷片墊著。安裝完成后，先抽真空至IX 10-2Mpa以下，然后將加熱爐升 溫至預(yù)定溫度，升溫完成后壓頭向下施加預(yù)定夾緊壓力，并保溫一定時間。保溫完成后先卸 載壓力，往后降溫，最后取出試件。根據(jù)切削過程物理場仿真結(jié)果，溫度和壓力在分布范圍 內(nèi)取4個水平，保溫時間則在e1~e5min范圍內(nèi)取五個水平。
[0079]步驟四：元素擴(kuò)散情況測試
[0080]將擴(kuò)散偶按一定規(guī)格尺寸切割，根據(jù)測試要求進(jìn)行制樣。采用能譜分析儀(EDS)測 試擴(kuò)散偶截面元素的擴(kuò)散情況，沿垂直于擴(kuò)散面的剖截面進(jìn)行線掃描。設(shè)擴(kuò)散界面為x = 〇， 硬質(zhì)合金一側(cè)為x正向，得到各元素不同條件下（材料、溫度、壓力、保溫時間等）的擴(kuò)散濃 度、擴(kuò)散深度情況和變化規(guī)律。將實(shí)驗(yàn)值測量值擬合元素的擴(kuò)散函數(shù)QUA)，得到各元素 的擴(kuò)散系數(shù)DKT)和擴(kuò)散深度XdHt)。擴(kuò)散函數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)公式分別為：
(13)
[0082] 式中：Co為初始濃度，D擴(kuò)散系數(shù)，t為擴(kuò)散時間，erf為誤差函數(shù)，x為深度方向坐 標(biāo)，I為積分變量；。 .6
[0083] D[NJ)^D{){N)ekT (14)
[0084]式中：Do(N)為頻率因子函數(shù)，N為法向壓力，Q為擴(kuò)散激活能，T為擴(kuò)散溫度，k為氣 體常數(shù)。
[0085]步驟五:材料擴(kuò)散層磨損率測試。
[0086] 耐磨性測試。根據(jù)測試要求進(jìn)行制樣，采用微粒噴漿沖蝕試驗(yàn)機(jī)(MSE試驗(yàn)機(jī))對擴(kuò) 散偶擴(kuò)散層區(qū)域進(jìn)行磨損率測試，垂直于擴(kuò)散界面進(jìn)行微粒沖蝕試驗(yàn)，得到不同條件下(材 料、溫度、壓力、保溫時間等)擴(kuò)散層的磨損率變化情況和影響規(guī)律。分別得到刀具、工件材 料對應(yīng)的磨損率函數(shù)Wt ( X )和Wm。
[0087] 本實(shí)施例的刀具磨損預(yù)測模型的建立方法的具體步驟如下：
[0088] 分析磨損率與不同元素的Cd^t)的相關(guān)性，選出主要影響因子。本例中，選擇全 部元素的平均擴(kuò)散影響深度函數(shù)作為參考函數(shù)。因而，得到的磨損模型公式為：
(15)
[0090]式中:w為磨損量，CKa，y)為刀具幾何參數(shù)函數(shù)，y為前角，0為刃傾角;A2為標(biāo)定 系數(shù);％(文)為刀具材料的磨損率函數(shù)，為元素平均擴(kuò)散深度的函數(shù)。
[0091]本實(shí)施例將擴(kuò)散偶在真空、高壓條件下進(jìn)行一定時間的加熱、保溫，模擬刀具切肩 區(qū)狀態(tài)。對擴(kuò)散偶進(jìn)行能譜分析測試，得到不同條件下(材料、溫度、壓力、保溫時間)元素的 擴(kuò)散情況和擴(kuò)散系數(shù);對擴(kuò)散偶進(jìn)行顯微硬度、磨損率和剪切強(qiáng)度定量分析測試，得到不同 條件(材料、溫度、壓力、保溫時間）下擴(kuò)散對基體物理性能的影響情況和規(guī)律。一種高速切 削刀具磨損模型，它根據(jù)測試得到的結(jié)果，將擴(kuò)散深度作為磨損率函數(shù)的變量，建立了考慮 擴(kuò)散與粘結(jié)磨損、磨粒磨損親合作用的綜合磨損模型。
[0092]以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限制。盡管參照實(shí)施例對本發(fā) 明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行各種組合、 修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要 求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種刀具磨損率的測定方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟： 51、 仿真切削過程的物理場，得到切削過程中刀具刀尖的溫度場的分布以及對應(yīng)的壓 力場的分布； 52、 制備擴(kuò)散偶樣件，其中所述擴(kuò)散偶樣件包括刀具模塊以及工件模塊，所述刀具模塊 和所述工具模塊疊加設(shè)置； 53、 將所述擴(kuò)散偶樣件放置于真空環(huán)境中，并施加所述步驟Sl中得到的所述溫度場中 的各個溫度以及對應(yīng)的壓力，保溫對應(yīng)于所施加的溫度和壓力的預(yù)定時間后取出所述擴(kuò)散 偶樣件;其中所述壓力是所述壓力場中的一個壓力值； 54、 將所述擴(kuò)散偶樣件切割，通過切割面確定對應(yīng)于不同溫度、壓力的擴(kuò)散濃度以及擴(kuò) 散深度，確定所述擴(kuò)散偶樣件隨溫度、壓力的擴(kuò)散函數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)； 55、 將所述擴(kuò)散偶樣件進(jìn)行分離，沿擴(kuò)散界面分開，采用微粒噴漿沖蝕試驗(yàn)機(jī)測試得到 在不同溫度、壓力、保溫時間條件下磨損率沿擴(kuò)散層深度方向的磨損率變化情況，確定刀具 材料磨損率與元素濃度的關(guān)系函數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟Sl中利用切削仿真軟件仿真過程 的物理場。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中的所述擴(kuò)散偶樣件的上表面 以及下表面的平行度小于預(yù)定平行度值，所述擴(kuò)散偶樣件的擴(kuò)散面的粗糙度小于預(yù)定粗糙 度值，所述刀具模塊的長度小于所述工件模塊的長度，所述刀具模塊的寬度小于所述工件 模塊的寬度，所述刀具模塊的厚度大于所述工件模塊的厚度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括以下步驟： 531、 將所述擴(kuò)散偶樣件放入擴(kuò)散焊試驗(yàn)機(jī)中，所述擴(kuò)散偶樣件的上表面和下表面均墊 有陶瓷片； 532、 將所述擴(kuò)散焊試驗(yàn)機(jī)中抽成真空狀態(tài)，之后施加預(yù)定溫度;其中，所述預(yù)定溫度為 所述溫度場中的一個溫度值； 533、 利用壓頭向所述擴(kuò)散偶樣件的上下表面施加預(yù)定壓力;其中所述預(yù)定壓力為與所 述步驟S32中的所述預(yù)定溫度對應(yīng)的壓力； 534、 保溫保壓預(yù)定時間； 535、 撤銷壓力、降低溫度，之后取出所述擴(kuò)散偶樣件。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S4中采用能譜分析儀對所述切割 面進(jìn)行線掃描，確定各元素的所述擴(kuò)散濃度以及擴(kuò)散深度。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S5中利用微粒噴漿沖蝕試驗(yàn)機(jī)對 所述擴(kuò)散層進(jìn)行磨損率測試，在垂直與所述擴(kuò)散面進(jìn)行微粒沖蝕試驗(yàn)，得到磨損率函數(shù)。7. -種刀具磨損預(yù)測模型的建立方法，其特征在于，所述方法包括權(quán)利要求1至5任一 項(xiàng)所述的方法，并且所述方法還包括以下步驟： 56、 根據(jù)所述步驟S4得到的擴(kuò)散濃度、擴(kuò)散深度對應(yīng)的溫度以及對應(yīng)的壓力確定擴(kuò)散 函數(shù)中的系數(shù)，擴(kuò)散函數(shù)式為：式中，Co為初始濃度，D擴(kuò)散系數(shù)，t為擴(kuò)散時間，erf為誤差函數(shù)，X為深度方向坐標(biāo)，ξ為 積分變量；式中，Do(N)為頻率因子函數(shù)，N為法向壓力，Q為擴(kuò)散激活能，T為擴(kuò)散溫度，k為氣體常 數(shù)； 57、 對所述擴(kuò)散層進(jìn)行磨損率測試，得到刀具模塊擴(kuò)散深度方向的磨損率函數(shù)Wt(X)和 工件模塊的磨損率Wm; 58、 根據(jù)所述磨損率函數(shù)以及所述擴(kuò)散函數(shù)分析磨損率與不同元素的擴(kuò)散函數(shù)的相關(guān) 性，選取主要影響元素，確定擴(kuò)散層影響深度X對應(yīng)的擴(kuò)散濃度與原始濃度比值Cd，得到不同 元素的擴(kuò)散影響深度函數(shù)X 1(Ht)或主要影響元素的平均擴(kuò)散影響深度函數(shù)7( ,V.7V); 59、 根據(jù)一所述主要影響元素的擴(kuò)散影響深度函數(shù)X1(Ht)或主要影響元素的平均擴(kuò) 散影響深度函數(shù)見7',/)確定磨損模型為：式中，w為磨損量，Αι( γ，β)為刀具幾何參數(shù)函數(shù)，γ為前角，β為刃傾角;Wt(Xi)為刀具 的磨損率函數(shù)，為主要影響元素擴(kuò)散的深度Xi (Ν，T，t)或平均元素擴(kuò)散深度廠/)的函 數(shù)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟S7中采用微粒噴漿沖蝕試驗(yàn)機(jī)對 所述擴(kuò)散層進(jìn)行磨損率測試，在垂直與所述擴(kuò)散層進(jìn)行微粒沖蝕試驗(yàn)。
【文檔編號】B23Q17/09GK106002485SQ201610498590
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】孫劍飛, 楊森, 陳五, 陳五一
【申請人】北京航空航天大學(xué)