CN102759412A - 涂层-基体切削温度传感器的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种涂层-基体切削温度传感器的制作方法，属于温度传感器领域，涉及涂层刀具前刀面瞬态切削温度分布测试方法，包括以下步骤：(1)选择刀具温度测试点；根据测试点制作掩膜板，掩膜板要能够暴露出测试点；(2)将掩膜板覆盖到刀具涂层上，利用蚀刻技术将暴露的涂层去除；(3)将直径0.1mm的不锈钢导线的一端用导电胶粘结到测试点上；(4)利用蚀刻技术去掉涂层刀具侧面的一部分涂层，暴露出基体材料；(5)将直径0.1mm的铜导线的一端用导电胶粘结到刀具基体上，形成涂层-基体切削温度传感器。利用蚀刻技术可以得到面积小的涂层区域，可以制作出多个的温度传感器。涂层-基体切削温度传感器集切削、测温为一体。所以，利用这种方法得到的涂层-基体切削温度传感器能够快速、精确地测量涂层刀具前刀面的温度分布。
Description
技术领域
本发明涉及瞬态切削温度分布的测量方法。属于温度传感器领域。
背景技术
涂层刀具的涂层材料和刀具基体对切削热的产生和温度场分布具有重要影响，切削温度是选择刀具基体和涂层的重要依据。切削热对刀具磨损、刀具寿命、刀具涂层与基体之间的结合强度、刀具与切屑之间的摩擦系数以及刀具与工件已加工表面之间的摩擦系数等均有较大影响。通过切削温度的测量可以监控切削加工的过程，对刀具温度的控制和刀具寿命提高技术的研究有重要的意义。
目前，公知的测量切削温度的方法是量热法、自然热电偶(刀具-切屑/工件热电偶)方法，埋置热电偶方法、红外热像仪法、光学测量技术、利用金属的微观结构和显微硬度的变化的测量方法、用热敏材料的熔点的方法等，上述方法由于各自的特点，测量切削温度均不够精确。基于随着温度变化电阻变化或利用“Seebeck-Effect”(赛贝克效应)原理的热电偶技术的薄膜传感器因其时间常数较小，表现出了巨大的潜力，并被应用在切削温度测量中，但仍存在一些不足，例如由于刀具前刀面的温度梯度变化很大，薄膜热电偶本身的尺寸对刀具的温度有影响；材料不均匀、与绝缘物质反应、随温度相变；另外薄膜热电偶温度传感器的制作必须有绝缘层与基体和工件材料绝缘，切削中薄膜热电偶温度传感器由于其材料特性，不能与工件直接接触，否则很快被磨损掉，因此必须在薄膜热电偶传感器的上表面涂一层保护层。绝缘层和保护层不但影响了刀具的切削性能，对被测温度肯定也是有影响的，在目前的研究中还没有方法补偿，没有考虑其影响。薄膜热电偶传感器也没有应用在涂层刀具的切削温度测量中。
发明内容
为解决切削中实时测量刀具前刀面切削温度分布的困难、降低传感器对刀具切削性能和刀具温度分布的影响，针对涂层刀具切削加工，本发明提出一种利用蚀刻技术制作涂层-基体切削温度传感器来测量刀具前刀面瞬态切削温度分布的方法。涂层-基体切削温度传感器集切削、测温为一体，可用来快速、精确地测量出刀具前刀面切削温度的分布。
本发明要解决的技术问题是一种涂层-基体切削温度传感器的制备方法其制作的步骤如下：
1)选择刀具温度测试点；根据测试点制作掩膜板，掩膜板要能够暴露出测试点；
2)将掩膜板覆盖到刀具涂层上，利用蚀刻技术将暴露的涂层去除；
3)将直径0.1mm的不锈钢导线的一端用导电胶粘结到测试点上；
4)利用蚀刻技术去掉涂层刀具侧面的一部分涂层，暴露出基体材料；
5)将直径0.1mm的铜导线的一端用导电胶粘结到刀具基体上，形成涂层-基体切削温度传感器。
本发明的有益效果是：涂层-基体切削温度传感器集切削、测温为一体，既是传感器又是执行器；利用蚀刻技术可以得到面积小的涂层区域，因此测量精度高；用蚀刻技术可以获得多个的涂层区域，可以制作出多个的温度传感器；传感器是由切削刀具本身制作而成的，抗干扰能力强。所以，利用这种方法得到的涂层-基体切削温度传感器能够快速、精确地测量刀具前刀面的温度分布。
附图说明
图1为掩膜板I。
图2为掩膜板II。
图3为掩膜板覆盖到涂层刀具上。
图4为蚀刻后的涂层刀具。
图5为涂层-基体切削温度传感器。
图中：1、掩膜板I，2、掩膜板II，3、涂层刀具，4、涂层区域I，5、涂层区域II，6、涂层区域III，7、刀具基体，8、不锈钢导线I，9、不锈钢导线II，10、不锈钢导线III，11、导电胶，12、铜导线，
具体实施方式
下面结合技术方案和附图，以测量涂层刀具前刀面的3个点的温度为例，详细说明本发明具体实施过程，制作涂层-基体切削温度传感器具体步骤如下：
第一步：制作掩膜板
利用激光切割器制作出厚度为1mm的正方形掩膜板，内部用用激光切割器切除3正方形的通孔，制成掩膜板I(1)，如图1。正方形的落料作为掩膜板II(2)，如图2。
第二步：蚀刻涂层刀具
如图3，将掩膜板覆盖到涂层刀具(3)的前刀面上，采用蚀刻技术将刀具前刀面的涂层区域I(4)、涂层区域II(5)、涂层区域III(6)三个测温区域分割出来，蚀刻深度要求完全暴露出刀具基体材料。得到蚀刻后的涂层刀具，如图4。
第三步：粘结不锈钢导线
如图5，将直径0.1mm的不锈钢导线I(8)的一端用导电胶(11)粘结到涂层区域I(4)上；将直径0.1mm的不锈钢导线II(9)的一端用导电胶(11)粘结到涂层区域II(5)上；将直径0.1mm的不锈钢导线III(10)的一端用导电胶(11)粘结到涂层区域III(6)上。
第三步：去除涂层刀具侧面的涂层
利用蚀刻技术去掉涂层刀具侧面的一部分涂层，去除部分为等腰直角三角形，三角形的直角边长为4mm，如图4，暴露出刀具基体(7)。
第四步：粘结铜导线
将直角0.1mm的铜导线(12)的一端用导电胶(11)粘结到刀具基体(7)上，如图5。
第五步：制成涂层-基体切削温度传感器
分别由不锈钢导线I(8)、涂层区域I(4)、铜导线(12)，不锈钢导线II(9)、涂层区域II(5)、铜导线(12)，以及不锈钢导线III(10)、涂层区域III(6)、铜导线(12)形成测量涂层区域I(4)、涂层区域II(5)、涂层区域III(6)的温度的涂层-基体切削温度传感器。
使用时，不锈钢导线I(8)的另一端、铜导线(12)与第一路信号放大、数据采集装置相连；不锈钢导线II(9)的另一端、铜导线(12)与第二路信号放大、数据采集装置相连；不锈钢导线III(10)的另一端、铜导线(12)与第三路信号放大、数据采集装置相连。切削时，由于产生的切削热使得涂层-基体切削温度传感器产生热电动势，将热电动势放大、采集处理后，送入计算机转换成温度输出。
Claims (1)
1.一种利用掩模板制作涂层-基体切削温度传感器的制作方法，包括以下步骤：
1)选择刀具温度测试点；根据测试点制作掩模板，掩模板要能够暴露出测试点；
2)将掩模板覆盖到刀具涂层上，利用蚀刻技术将暴露的涂层去除；
3)将直径0.1mm的不锈钢导线的一端用导电胶粘结到测试点上；
4)利用蚀刻技术去掉涂层刀具侧面的一部分涂层，暴露出基体材料；
5)将直径0.1mm的铜导线的一端用导电胶粘结到刀具基体上；形成涂层-基体切削温度传感器。
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2011
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