CN107576585A - 陶瓷试件加热切削实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷试件加热切削实验方法，是将陶瓷试件加热切削实验装置与测力仪装夹在机床上，在实验装置内装夹陶瓷试件并将其浸于液体介质中，启动机床对试件进行切削，同时通过测力仪研究不同温度下切削力的变化，收集不同温度下的切屑，在显微镜研究切屑的变化。本发明为不同温度、不同介质等情况下切削陶瓷材料时刀具磨损、切屑状态、切削力的分析研究提供了高效的教学试验方法。

Description

陶瓷试件加热切削实验方法

技术领域

本发明是2015102232084的分案申请，涉及一种材料测试方法，具体涉及一种陶瓷试件加热切削实验装置的实验方法。

背景技术

陶瓷材料切削加工的主要困难之一是它的脆性。如果能够解决这个问题，将会产生有利的效果。使脆性材料进行延伸性的破坏，一般可以考虑采用两种方法。(1)在大静水压力下；(2)提高温度。前一种方法是加压切削加工。从理论上说，需要相当高的压力，用简单的实验不能确认其效果。后一种方法是“加热切削”。这里的“加热切削”与单纯用加热来降低金属屈服强度的加热切削不同，而是利用陶瓷材料塑性变形对温度的依赖性大于裂纹源形成对温度的依赖性这一性质，将脆性破坏改变为延伸性的破坏。对于陶瓷试件在特殊环境下的加工研究，如不同温度、不同介质等情况下切削时刀具磨损、切屑状态、切削力等分析研究，目前的试验装置结构较为复杂，用途单一且不易观察，设计一种适用于教学研究陶瓷试件加热切削实验装置已成为亟待解决的技术问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种结构简单、效果直观的陶瓷试件加热切削实验装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的陶瓷试件加热切削实验装置，包括底座和杯体，所述杯体外箍设有加热器，所述杯体内固定安装有夹具及温度传感器；

所述底座具有第一环孔和第二环孔，所述第二环孔位于底座外沿上；所述杯体的底部具有第三环孔，所述底座和杯体之间夹设有隔热垫，所述第一环孔、隔热层和第三环孔内穿装有连接螺栓，所述连接螺栓与第一环孔及第三环孔的孔壁之间夹设有隔热套；

所述夹具包括T形的夹具体，以及固定楔块和滑动楔块，所述夹具体具有底板和竖直的凸台，所述凸台具有第一夹持面，所述固定楔块具有朝向第一夹持面的第一斜面，所述滑动楔块的两侧分别为第二斜面及竖直的第二夹持面，所述第二斜面与第一斜面通过燕尾槽滑配，所述滑动楔块上具有腰形孔，所述腰形孔内穿设有用于压装固定滑动楔块的螺钉，所述滑动楔块的底部安装有弹簧。

具体地，所述温度传感器安装于杯体底壁的中心，所述温度传感器与加热装置的控制器相连接。

具体地，所述温度传感器安装于凸台内，所述凸台与杯体之间安装有密封圈。

具体地，所述加热器具有C形的本体，C形本体缺口的两端连接有弹性件，所述本体内绕制有往复弯折的电热丝。

具体地，所述杯体为圆桶状的铝制杯体，所述杯体具有竖直的侧壁，所述侧壁的厚度为5~10mm。

具体地，所述杯体的顶部安装有杯盖或积液器，所述积液器呈喇叭形。

本发明同时提供陶瓷试件加热切削实验装置的实验方法，包括以下步骤：

步骤1，将测力仪装夹于机床工作台上，将连接盘装夹于测力仪上，将底座安装在连接盘上；

步骤2，将陶瓷试件装夹于杯体内的夹具上；

步骤3，盖上杯盖，使用加热装置对杯体进行加热并保温，

步骤5，取掉杯盖，对陶瓷试件进行对刀和切削；

步骤6，通过测力仪研究不同温度下切削力的变化，收集不同温度下的切屑，在显微镜研究切屑的变化。

当实验不需要采集切削力数据时，包括以下步骤：

步骤1，将底座装夹于机床工作台上；

步骤2，将陶瓷试件装夹于杯体内的夹具上；

步骤3，盖上杯盖，使用加热装置对杯体进行加热并保温，

步骤5，取掉杯盖，对陶瓷试件进行对刀和切削；

步骤6，收集不同温度下的切屑，在显微镜研究切屑的变化。

当需要研究液体介质中加工陶瓷试件时，所述杯体内盛放有液体介质，所述试件浸于液体介质中，切削时所述杯体的顶部安装有积液器。

有益效果：本发明的实验装置结构简单，功能多样，通过底座上的两组法兰孔可同时与上部杯体及下部工作台进行可靠固定；而采用的隔热套与隔热垫的设计，阻断了被加热杯体与下方工作台或测力计的温度传导；采用斜楔、长条孔结合燕尾槽的夹具可在加热条件下保持对试件的可靠夹持；加热器与杯体的紧凑结构及杯体顶部的开口设计可以在加工时直观地观察切削情况，方便对刀，同时也便于收集切屑；杯体结构配合积液器还能用于液体介质中的切削实验。

除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的陶瓷试件加热切削实验装置所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1中夹具的结构示意图

图3是图2的俯视图；

图4是本发明实施例中连接盘的结构示意图；

图5是图4的A-A剖视图；

图6是本发明实施例中积液器的结构示意图；

图7是图6的B-B剖视图；

图中：1加热器，2密封圈，3温度传感器，4夹具体，5陶瓷试件，6内六角螺钉，7滑动楔块，8固定楔块，9杯盖，10弹簧，11第一螺钉，12第二螺钉，13杯体，14连接螺栓，15隔热棉，16陶瓷套，17底座，18连接盘，19积液器。

具体实施方式

实施例：

如图1所示，本实施例的陶瓷试件加热切削实验装置包括底座17和杯体13，在杯体13外壁上紧密都箍设有用于加热的加热器1。杯体13的顶部盖设有用于保温的杯盖9，在切削时可以将杯盖9移除。

底座17具有两组环孔，第一组是位于底座外沿的第一法兰孔，用于与机床或其他夹具固定连接。第二组环孔与杯体13底部边沿上的第二法兰孔相适配，并在底座17和杯体13之间夹设有隔热棉15，连接螺栓14穿过第二组环孔、隔热棉15及第二法兰孔并将三者固定连接，在连接螺栓14与第二组环孔及第二法兰的孔壁之间夹设有陶瓷套16，陶瓷套16具有T形的纵截面，其内壁与连接螺栓14匹配，外壁的台阶面嵌入连接孔中，可以保证在加热过程中不能把热量传到机床工作台或测力仪上。

夹具用于夹持陶瓷试件5，包括夹具体4、固定楔块8、滑动楔块7、内六角螺钉6和弹簧10，夹具体4上具有竖直的凸台，固定楔块8籍由第一螺钉11固定安装在夹具体4上，夹具体4藉由第二螺钉12固定安装在杯体13的底壁上，温度传感器3安装于凸台底部的安装孔内，并在凸台与杯体13的底壁之间安装密封圈2，温度传感器3的导线从杯体13底部引出。

夹具的结构如图2和图3所示，包括呈倒立的T字形的夹具体4，固定楔块8和滑动楔块7，夹具体4具有底板和竖直的凸台，该凸台的以侧面做为第一夹持面，固定楔块8具有朝向第一夹持面的第一斜面，滑动楔块7的两侧分别为第二斜面及竖直的第二夹持面，第一夹持面和第二夹持面可对陶瓷试件5进行紧密的夹持。第二斜面与第一斜面通过燕尾槽滑配，并在滑动楔块7上穿设有竖直的腰形孔，腰形孔内穿设有用于压装固定滑动楔块7的内六角螺钉6，并在滑动楔块7的底部安装弹簧10，内六角螺钉6依次穿过腰形孔和弹簧10。了保证在实验过程中能够更换陶瓷试件，在夹具中使用弹簧10，当松开内六角螺钉6，弹簧10的作用力使得滑动楔块7向上移动，另外滑动楔块7与固定楔块8的燕尾槽配合，使得两者形成约束，只能在斜面相对滑动，在取下陶瓷试件5时可以完全松开，并保证新的陶瓷试件顺利的放到准确位置。为了保证滑动楔块7能够自由的沿着固定楔块的斜面移动，其穿孔加工成长槽型，图3中取掉内六角螺钉后可以明显地看到腰形孔。

如图4和图5所示，连接盘18上也具有两组连接孔，分别用于与测力仪和底座固定连接。当需要测试切削力时，先通过一组沉孔把连接盘先固定到测力仪上，然后把底座固定到连接盘上。测力仪可选用瑞士奇石乐三向测力仪。

如图6和图7所示，该装置如果在液体介质中加工陶瓷试件，加工时由于刀具的旋转会将液体介质甩出杯体，解决办法是，在陶瓷试件加热完成后，取下杯盖，将碟状的积液器19安装到杯口上，加工时刀具甩起的液体就会通过积液器19的锥面流回杯体，从而保证在一个实验周期内液体介质的平衡。

为了保证在加热过程中不能把热量传到机床工作台或测力仪上，杯体和底座使用螺栓连接，每个螺栓使用三个陶瓷套使杯体、螺栓、底座不能直接相连，利用陶瓷导热差的特点，使得热量很难传导到底座上；另外在杯体与底座之间的空隙处垫上一层隔热棉，避免了杯体的热量通过辐射和空气的对流影响到底座，这样一方面减少了能量的损失保证了陶瓷试件快速、均匀的加热到设定温度，另一方面有效的防止了局部温度过高对机床工作台和测力仪的性能影响，从而保证实验顺利进行。

加热器的结构为电阻丝绕在陶瓷材料里，加热器总体成C型，封口地方采用螺栓弹簧连接，因此在杯体加热膨胀时加热器由于弹簧作用可以变大，始终保持加热器与杯体紧密结合。实验中为了保证传感器测量的温度与陶瓷试件温度一致，加热时使用杯盖将陶瓷试件保温一定时间后，再进行陶瓷试件的切削加工。

使用时，把加热器安装在测力仪上，通过加热装置对陶瓷试件进行不同温度的加热干切削（无液体介质），通过测力仪研究不同温度下切削力的变化，收集不同温度下的切屑，在显微镜下还可以研究切屑的变化。

为了能够实时、准确的测量出陶瓷试件的温度，温度传感器也可以安装在杯体的中心靠近夹具体的下方部位。

本发明为陶瓷试件切削实验提供了一种全新的思路和方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种陶瓷试件加热切削实验方法，其特征在于：在陶瓷试件加热切削实验装置上执行以下操作步骤：

步骤1，将测力仪装夹于机床工作台上，将连接盘装夹于测力仪上，将底座安装在连接盘上；

步骤2，将陶瓷试件装夹于杯体内的夹具上；

步骤3，盖上杯盖，使用加热装置对杯体进行加热并保温，

步骤5，取掉杯盖，对陶瓷试件进行对刀和切削；

步骤6，通过测力仪研究不同温度下切削力的变化，收集不同温度下的切屑，在显微镜研究切屑的变化；

所述陶瓷试件加热切削实验装置包括底座和杯体，所述杯体外箍设有加热器，所述杯体内固定安装有夹具及温度传感器；所述杯体的顶部安装有杯盖或积液器，所述积液器呈喇叭形；

所述底座具有第一环孔和第二环孔，所述第二环孔位于底座外沿上；所述杯体的底部具有第三环孔，所述底座和杯体之间夹设有隔热垫，所述第一环孔、隔热层和第三环孔内穿装有连接螺栓，所述连接螺栓与第一环孔及第三环孔的孔壁之间夹设有隔热套；

所述夹具包括T形的夹具体，以及固定楔块和滑动楔块，所述夹具体具有底板和竖直的凸台，所述凸台具有第一夹持面，所述固定楔块具有朝向第一夹持面的第一斜面，所述滑动楔块的两侧分别为第二斜面及竖直的第二夹持面，所述第二斜面与第一斜面通过燕尾槽滑配，所述滑动楔块上具有腰形孔，所述腰形孔内穿设有用于压装固定滑动楔块的螺钉，所述滑动楔块的底部安装有弹簧；

所述第一夹持面和第二夹持面之间夹持陶瓷试件，所述杯体内盛放有液体介质，所述陶瓷试件浸于液体介质中。

2.根据权利要求1所述的陶瓷试件加热切削实验方法，其特征在于：所述温度传感器安装于杯体底壁的中心，所述温度传感器与加热装置的控制器相连接。

3.根据权利要求2所述的陶瓷试件加热切削实验方法，其特征在于：所述温度传感器安装于凸台内，所述凸台与杯体之间安装有密封圈。

4.根据权利要求3所述的陶瓷试件加热切削实验方法，其特征在于：所述加热器具有C形的本体，C形本体缺口的两端连接有弹性件，所述本体内绕制有往复弯折的电热丝。

5.根据权利要求4所述的陶瓷试件加热切削实验方法，其特征在于：所述杯体为圆桶状的铝制杯体，所述杯体具有竖直的侧壁，所述侧壁的厚度为5~10mm。