CN105699234A - 实现高速切削的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现高速切削的实验装置，实验装置设在加热炉内，包括：分离式霍普金森压杆系统，分离式霍普金森压杆系统的入射杆与透射杆间隔开设置且相对于透射杆可活动，驱动件被构造成可驱动入射杆向透射杆所在方向活动；加工件，加工件设在透射杆的朝向入射杆的一端上，加工件内限定有腔室，加工件的内壁面上设有沿腔室的径向向内突出的凸部；套筒，套筒设在入射杆的朝向加工件的一端上，套筒上设有切削刃，切削刃与凸部的位置对应，驱动件驱动入射杆产生脉冲应力波并驱动切削刃切削凸部。根据本发明实施例的实现高速切削的实验装置，可以实现加工件的高速切削的目的，从而便于研究加工件的材料特性和切削加工特性，安全、可靠性高。

Description

实现高速切削的实验装置

技术领域

本发明涉及高速切削加工技术领域，更具体地，涉及一种实现高速切削的实验装置。

背景技术

零部件通过高速切削加工后具有较高的表面完整性，因此，高速切削工艺常用于核能、石油、化工等行业的关键零部件的加工制造。相关技术中，在研究工件的材料特性、切削加工特性、高速切削加工机理等时，主要采用在通用机床上通过快速地停车实现刀具和切屑的分离，从而来研究高速切削过程，然而，采用该方法危险性大、成功率低，反复快速地启停机床，会降低机床的使用寿命，并且工件在高速切削时，各特性指标测试难度大，给研究带来了极大的困难。再者，通用机床也只能用于常温实验，不能满足实验要求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种实现高速切削的实验装置，该实现高速切削的实验装置的结构简单、紧凑，可以实现高速切削，便于研究加工件的材料特性、切削加工特性以及高速切削加工机理等，安全、可靠。

根据本发明实施例的实现高速切削的实验装置，所述实验装置设在加热炉内，包括：分离式霍普金森压杆系统，所述分离式霍普金森压杆系统包括驱动件、入射杆和透射杆，所述入射杆与所述透射杆间隔开设置且相对于所述透射杆可活动，所述驱动件被构造成可驱动所述入射杆向所述透射杆所在方向活动；加工件，所述加工件设在所述透射杆的朝向所述入射杆的一端上，所述加工件内限定有朝向所述入射杆的一端敞开的腔室，所述加工件的内壁面上设有沿所述腔室的径向向内突出的凸部；套筒，所述套筒设在所述入射杆的朝向所述加工件的一端上，所述套筒上设有切削刃，所述切削刃与所述凸部的位置对应，所述驱动件驱动所述入射杆产生脉冲应力波并驱动所述切削刃切削所述凸部。

根据本发明实施例的实现高速切削的实验装置，通过在分离式霍普金森压杆系统上设置套筒、切削刃和加工件，可以实现加工件的高速切削的目的，并且，可以通过加热炉调节切削环境温度，从而便于对加工件在不同的切削速度、切削深度、环境温度下的高速切削过程进行研究，既利于研究加工件的材料特性和切削加工特性，又有助于深入研究高速切削加工机理，从而通过优化切削工艺参数，实现提高加工效率的目的，该实验装置的结构简单、紧凑，装拆方便、操作简单，实验安全、可靠性高。

另外，根据本发明实施例的实现高速切削的实验装置，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述套筒具有朝向所述透射杆开口的安装槽，所述切削刃可转位地设在所述套筒的内壁上且所述切削刃的至少一部分露出所述安装槽的开口。

根据本发明的一个实施例，所述安装槽的截面形状形成方形，所述安装槽的两个相对内侧壁分别设有所述切削刃。

根据本发明的一个实施例，所述腔室的截面形状大致形成为矩形，所述凸部设在所述腔室的至少一个内壁面上。

根据本发明的一个实施例，所述凸部包括两个，两个所述凸部设在所述腔室的相对两个内壁面上。

根据本发明的一个实施例，所述切削刃超出所述开口的部分的最大宽度尺寸大于所述凸部的宽度尺寸。

根据本发明的一个实施例，所述切削刃的截面形状形成圆形、方形或菱形。

根据本发明的一个实施例，所述加工件上设有测温孔，所述测温孔内设有热电偶以检测所述加工件的亚表层温度。

根据本发明的一个实施例，还包括切削液喷嘴，所述切削液喷嘴设在所述安装槽内且所述切削液喷嘴的喷口朝向所述切削刃。

根据本发明的一个实施例，所述套筒和所述加工件分别套设在所述入射杆和所述透射杆上且通过螺栓与所述入射杆和所述透射杆相连。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的实现高速切削的实验装置的结构示意图；

图2是图1中所示的结构的套筒与切削刃的装配图；

图3是图1中所示的结构的加工件的结构示意图。

附图标记：

实验装置100；

分离式霍普金森压杆系统10；入射杆11；透射杆12；

加工件20；凸部21；热电偶22；腔室23；

套筒30；安装槽31；切削刃32；螺栓33；垫片34；

切削液喷嘴40；

加热炉200。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图1至图3具体描述根据本发明实施例的实现高速切削的实验装置100。

根据本发明实施例的实现高速切削的实验装置100包括分离式霍普金森压杆系统10、加工件20和套筒30。

具体而言，该实验装置100设在加热炉200内，其中，分离式霍普金森压杆系统10包括驱动件(未示出)、入射杆11和透射杆12，入射杆11与透射杆12间隔开设置且相对于透射杆12可活动，驱动件被构造成可驱动入射杆11向透射杆12所在方向活动，加工件20设在透射杆12的朝向入射杆11的一端上，加工件20内限定有朝向入射杆11的一端敞开的腔室23，加工件20的内壁面上设有沿腔室23的径向向内突出的凸部21，套筒30设在入射杆11的朝向加工件20的一端上，套筒30上设有切削刃32，切削刃32与凸部21的位置对应，驱动件驱动入射杆11产生脉冲应力波并驱动切削刃32切削凸部21。

参考图1，该实现高速切削的实验装置100的分离式霍普金森压杆系统10主要由驱动件、入射杆11和透射杆12组成，其中，入射杆11与透射杆12分别沿水平方向(如图1所示的左右方向)延伸且间隔开布置，入射杆11设在透射杆12的左侧且入射杆11与透射杆12同轴设置。进一步地，入射杆11的右端设有可拆卸的套筒30，而透射杆12的左端设有可拆卸的加工件20，套筒30与加工件20相对设置，其中，加工件20内限定有朝向套筒30开口的腔室23，加工件20的内壁设有凸部21，而套筒30上设有与加工件20的凸部21的位置对应的切削刃32。

也就是说，该实验在分离式霍普金森压杆系统10上进行，实验前将切削刃32和加工件20的凸部21对齐，通过加热炉200调节实验温度，然后通过压缩气体驱动分离式霍普金森压杆系统10的驱动件(例如子弹)冲击入射杆11，入射杆11中产生脉冲应力波，使其驱动切削刃32冲击加工件20的凸部21，从而实现切削刃32对加工件20的材料进行切削的目的。

再者，该实验装置100可以通过调节气压可以调节切削刃32的冲击距离，在此过程中，该实验装置100可以通过分离式霍普金森压杆系统10的入射杆11和透射杆12测的电压信号(该电压信号是由结构的变形而产生的)，然后求得切削力，无需设置相关技术中的力传感器，既利于对加工件20的材料特性以及切削加工特性等的特性指标进行研究，又有助于研究高速切削加工机理。该实验装置100的结构简单，部件数量少，装拆容易。

例如，在高速切削过程中，分离式霍普金森压杆系统10可以对切削速度、切削深度、环境温度等进行采集，然后系统对数据进行分析，便于对加工件20在不同的切削速度、切削深度、环境温度下的高速切削过程进行研究，

由此，根据本发明实施例的实现高速切削的实验装置100，通过在分离式霍普金森压杆系统10上设置套筒30、切削刃32和加工件20，可以实现加工件20的高速切削的目的，并且，可以通过加热炉200调节切削环境温度，从而便于对加工件20在不同的切削速度、切削深度、环境温度下的高速切削过程进行研究，既利于研究加工件20的材料特性和切削加工特性，又有助于深入研究高速切削加工机理，从而通过优化切削工艺参数，实现提高加工效率的目的，该实验装置100的结构简单、紧凑，装拆方便、操作简单，实验安全、可靠性高。

进一步地，套筒30的右端与加工件20的左端通过螺栓实现连接，从而保证套筒30上切削刃32与加工件20的凸部21的准确定位。其中，根据本发明的一个实施例，套筒30具有朝向透射杆12开口的安装槽31，切削刃32可转位地设在套筒30的内壁上且切削刃32的至少一部分露出安装槽31的开口。

参考图1和图2，切削刃32通过螺栓或螺钉固定在套筒30的安装槽31内，其中，切削刃32采用可转位刀片，当刀片因为冲击产生破损的时候，可以转位更换刀片的切削刃或者更换新刀片，操作方便，安全可靠。可选地，切削刃32的截面形状形成圆形、方形或菱形，即该切削刃32可以为圆刀片、方刀片或者菱形刀片等工业用刀片。实验者可以根据不同的需要(例如加工件20的结构、尺寸等)选择合适的刀片，由于该实验装置100采用的刀片为实际加工过程中使用的刀片类型，使得该实验装置100的切削过程比较接近真实的切削过程，利于准确地研究高温切削机理。再者，该切削刃32与套筒30之间连接可靠，装拆方便。

在本发明的一些具体实施方式中，安装槽31的截面形状形成方形，安装槽31的两个相对内侧壁分别设有切削刃32。两个切削刃32通过螺栓33固定在套筒30的方形安装槽31的上下两侧内壁面上。

由此，该实验装置100的两个切削刃32可以同时对两个材料相同的加工件20进行高速切削，对两个加工件20在相同的切削速度、环境温度、不同的切削深度下的高速切削过程进行研究。再者，该实验装置100还可以对两种不同材料的加工件20进行同时切削，便于研究两种材料在相同的加工条件下的材料特性和切削加工特性。该实验装置100的结构简单，操作方便，实验效率高。

可选地，根据本发明的一个实施例，腔室23的截面形状大致形成为矩形，凸部21设在腔室23的至少一个内壁面上。如图3所示，在本实施例中，凸部21包括两个，两个凸部21设在腔室23的相对两个内壁面上。

换言之，加工件20的腔室23形成倒置的工字形，即该加工件20的上下两侧的内壁面上分别设有一个凸部21，两个凸部21分别与套筒30上的两个切削刃32位置一一对应，当该实验装置100开始运行时，压缩气体驱动驱动件(例如子弹)冲击入射杆11，入射杆11中产生脉冲应力波，使其同时驱动两个切削刃32分别冲击加工件20的两个凸部21，从而实现切削刃32对加工件20的材料进行切削的目的，在此过程中，分离式霍普金森压杆系统10可以对加工件20的材料特性以及切削加工特性等的特性指标进行测试，可靠性高。

其中，根据本发明的一个实施例，切削刃32超出开口的部分的最大宽度尺寸大于凸部21的宽度尺寸。由此，可以提高该切削刃32的高速切削效率。

参考图1，加工件20上设有测温孔，测温孔内设有热电偶22以检测加工件20的亚表层温度。由于在高速切削过程中，加工件20的材料本身塑性变形容易引起较大的绝热温升，通过在加工件20上设置热电偶22，可以实现切削过程中材料亚表层温度的测试，并且，通过调整加工件20上的测温孔的深度，可以调整热电偶22伸入加工件20内的深度，从而可以测的距离加工件20的切削表面不同深度处的温度场，有利于对加工件20的材料特性、切削加工特性和高温切削机理进行进一步研究。

由于普通热电偶的热容大、响应慢，无法跟上温度变化的速度。因此，本发明可以采用铂铑合金热电偶以及光纤对加工件20进行测温，与相关技术中的热电偶相比，本发明实施例的实验高速切削的实验装置100的热电偶22可以适时、准确地测得加工件20的亚表层温度，保证获得的实验数据的可靠性。

另外，根据本发明的一个实施例，该实验装置100还包括切削液喷嘴40，切削液喷嘴40设在安装槽31内且切削液喷嘴40的喷口朝向切削刃32。参考图1，套筒30的安装槽31内设有两个切削液喷嘴40，并且两个切削液喷嘴40的喷口分别朝向安装槽31内位于上下两侧内壁面上的切削刃32，切削刃32在对加工件20进行高速切削时，切削液从切削液喷嘴40喷出，方便研究切削液对高速切削过程的影响。当然，该实现装置100还可以通过切削液喷嘴40喷射不同成分的切削液，方便研究不同的切削液对高速切削过程的影响。

可选地，根据本发明的一个实施例，套筒30和加工件20分别套设在入射杆11和透射杆12上且通过螺栓33与入射杆11和透射杆12相连。其中，套筒30可以由高强钢加工而成，而加工件20可以由待研究的材料加工而成。

参考图1和图2，首先将套筒30的左端套设在入射杆11上，然后通过四个螺栓33将套筒30固定在入射杆11上，保证套筒30与入射杆11的连接可靠性，避免套筒30与入射杆11在高速切削过程中发生脱离。有利地，螺栓33与套筒30的外周壁之间还可以设有垫片34。结构简单、紧凑，装拆方便，操作容易。

参考图1和图3，加工件20套设在透射杆12的左端，并且通过四个螺栓33固定在透射杆12上，在装配时，需保证加工件20上的凸部21与套筒30上的切削刃32位置对应，保证切削准确以及获得的实验数据可靠性和准确性。

根据本发明实施例的实现高速切削的实验装置100以及分离式霍普金森压杆系统10的其他构成对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系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装置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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种实现高速切削的实验装置，其特征在于，所述实验装置设在加热炉内，包括：

分离式霍普金森压杆系统，所述分离式霍普金森压杆系统包括驱动件、入射杆和透射杆，所述入射杆与所述透射杆间隔开设置且相对于所述透射杆可活动，所述驱动件被构造成可驱动所述入射杆向所述透射杆所在方向活动；

加工件，所述加工件设在所述透射杆的朝向所述入射杆的一端上，所述加工件内限定有朝向所述入射杆的一端敞开的腔室，所述加工件的内壁面上设有沿所述腔室的径向向内突出的凸部；

套筒，所述套筒设在所述入射杆的朝向所述加工件的一端上，所述套筒上设有切削刃，所述切削刃与所述凸部的位置对应，

所述驱动件驱动所述入射杆产生脉冲应力波并驱动所述切削刃切削所述凸部。

2.根据权利要求1所述的实现高速切削的实验装置，其特征在于，所述套筒具有朝向所述透射杆开口的安装槽，所述切削刃可转位地设在所述套筒的内壁上且所述切削刃的至少一部分露出所述安装槽的开口。

3.根据权利要求2所述的实现高速切削的实验装置，其特征在于，所述安装槽的截面形状形成方形，所述安装槽的两个相对内侧壁分别设有所述切削刃。

4.根据权利要求2所述的实现高速切削的实验装置，其特征在于，所述腔室的截面形状大致形成为矩形，所述凸部设在所述腔室的至少一个内壁面上。

5.根据权利要求4所述的实现高速切削的实验装置，其特征在于，所述凸部包括两个，两个所述凸部设在所述腔室的相对两个内壁面上。

6.根据权利要求4所述的实现高速切削的实验装置，其特征在于，所述切削刃超出所述开口的部分的最大宽度尺寸大于所述凸部的宽度尺寸。

7.根据权利要求1所述的实现高速切削的实验装置，其特征在于，所述切削刃的截面形状形成圆形、方形或菱形。

8.根据权利要求1所述的实现高速切削的实验装置，其特征在于，所述加工件上设有测温孔，所述测温孔内设有热电偶以检测所述加工件的亚表层温度。

9.根据权利要求2所述的实现高速切削的实验装置，其特征在于，还包括切削液喷嘴，所述切削液喷嘴设在所述安装槽内且所述切削液喷嘴的喷口朝向所述切削刃。

10.根据权利要求1所述的实现高速切削的实验装置，其特征在于，所述套筒和所述加工件分别套设在所述入射杆和所述透射杆上且通过螺栓与所述入射杆和所述透射杆相连。