CN109540790B - 金刚石工具胎体对金刚石把持力的原位测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
金刚石工具胎体对金刚石把持力的原位测量装置和方法，涉及金刚石工具测试领域，装置包括外壳、加载与测试系统、把持力测量夹具及激光定位与加工系统，加载与测试系统包括施力装置、力传感器、第一转接头、上下微调装置、旋转调整装置及第二转接头，把持力测量夹具第一卡盘、第二卡盘、左右微调装置及前后微调装置，激光定位与加工系统包括激光器及激光器支架，本发明采用光学方式定位，通过激光在金刚石表面加工沟槽，同时采用机械夹持的方式，避免了制备复杂的把持力试样，可以在金刚石工具上原位进行测量，并直接得到把持力数值，可以准确的评估金刚石工具的胎体对金刚石把持力，为金刚石工具的胎体材料优化设计和金刚石处理提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石工具测试领域，尤其涉及一种金刚石工具胎体对金刚石把持力的原位测量装置和方法。
背景技术
把持力是指金刚石工具中，胎体对金刚石的表面吸附力、机械咬合力与化学结合力。胎体对金刚石的把持力决定了该金刚石的服役时长。金刚石的提前脱落降低了金刚石工具的工作寿命，同时金刚石颗粒如果不能按时脱落则会降低金刚石工具的工作效率，因此把持力是金刚石工具的工作寿命和性能的重要指标。目前有关把持力的分析手段主要是通过数值模拟和结构观察等方式进行，只能定性的分析并假设把持力数值的大小，并不能很好的预测稳态下胎体对金刚石的把持效果，更不能预测冲击载荷下把持力大小。
现有的把持力测试方法主要分为直接测量和间接折算两种方式。V.P Umanskii等人提出了测量胎体材料与金刚石的界面强度，他们将界面强度抽象为拉应力和切应力两种。申请号CN201610642782.8的专利文献中公开了一种应力环的测试方法，其可以实现定量的测量。但是上述方法都是求得一个力学数值，仍不能实现直接测量胎体对金刚石的把持力大小。申请号CN107505263A的专利文献中公开了一种陶瓷结合剂对磨料把持力检测的方式，其思想是采用如抗拉强度、抗折强度间接折算把持力的大小。申请号CN104483056A的专利文献中公开了一种超硬磨料动态把持力测试系统及方法，其可以测试水平和竖直方向的力，并将其合力定义为把持力，其本质仍然是间接获得把持力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对金刚石工具把持力较难原位直接测量的问题，提供一种金刚石工具胎体对金刚石把持力的原位测量装置和方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提出了一种金刚石工具胎体对金刚石把持力的原位测量装置，其特征在于，包括：外壳、加载与测试系统、把持力测量夹具及激光定位与加工系统，
所述加载与测试系统包括施力装置、力传感器、第一转接头、上下微调装置、旋转调整装置及第二转接头，所述施力装置设置在外壳的内顶部中央位置，施力装置通过位于其内部的液压缸驱动，实现向下的给进运动和向上的退回运动；所述力传感器的一端与施力装置相连接，力传感器的另一端与第一转接头相连接，同时力传感器与控制终端相互通信连接；第一转接头由多段转接头单元串联组合而成，其为可伸缩式结构；所述上下微调装置及旋转调整装置通过自锁螺母配合螺栓固定在一起，并通过基座固定在外壳的内底部中心位置；所述第二转接头设置在旋转调整装置上，第二转接头由多段转接头单元串联组合而成，其为可伸缩式结构；
所述把持力测量夹具包括第一卡盘、第二卡盘、左右微调装置及前后微调装置，所述第一卡盘安装在第一转接头上，第一卡盘的卡爪夹持端镶嵌有夹持体；所述第二卡盘设置在左右微调装置上；所述左右微调装置设置在前后微调装置上；所述前后微调装置设置在第二转接头上；
所述激光定位与加工系统包括激光器及激光器支架，所述激光器安装在激光器支架，激光器上设置有光路输出口及工业相机；所述激光器支架与外壳相连。
所述夹持体嵌入卡爪的深度大于其露出卡爪的高度。
所述夹持体远离卡爪一端端部厚度小于20微米。
所述左右微调装置和前后微调装置采用滑动导轨或滚动导轨。
本发明提出了一种使用所述金刚石工具胎体对金刚石把持力的原位测量装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)首先制备金刚石与胎体的复合材料；
2)通过预处理使得金刚石正常初露，并在金刚石表面镀膜；
3)通过第二卡盘将步骤1)中的复合材料固定在把持力测量夹具上；
4)通过调节激光器支架，使激光器的光路输出口对焦在金刚石上；
5)设定激光器的工作参数，在金刚石表面刻蚀出一道深槽，所述工作参数包括功率参数、脉冲参数及距离参数；
6)调节旋转调整装置将把持力测量夹具旋转360/n°，n为第二卡盘的卡爪数量；
7)重复步骤3)～步骤5)直至在金刚石上加工出n个沟槽；
8)调节加载与测试系统，将把持力测量夹具靠近金刚石；
9)调整第一卡盘将夹持体伸入金刚石表面的沟槽中；
10)调节加载与测试系统进行测试，并由力传感器采集检测数据，同时将检测数据通过信号传输至控制终端。
其中，步骤1)中金刚石与胎体的复合材料是由热压烧结成型、无压烧结成型、冷压无压烧结成型、电镀成型中的一种或多种的组合制备而成。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明采用光学方式定位，通过激光在金刚石表面加工沟槽，同时采用机械夹持的方式，避免了制备复杂的把持力试样，可以在金刚石工具上原位进行测量，并直接得到把持力数值，可以准确的评估金刚石工具的胎体对金刚石把持力，为金刚石工具的胎体材料优化设计和金刚石处理提供参考。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明实施例中所述金刚石工具胎体对金刚石把持力的原位测量装置整体结构示意图。
图2是本发明实施例中激光加工金刚石表面示意图。
图3是本发明实施例中测量把持力示意图。
图中各标记如下：1-外壳、2-施力装置、3-力传感器、4-第一转接头、5-第一卡盘、6-第二卡盘、7-上下微调装置、8-旋转调整装置、9-第二转接头、10-左右微调装置、11-前后微调装置、12-基座、13-激光器、14-激光器支架、15-工业相机、16-光学输出口、17-胎体、18-金刚石、19-夹持体。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，限定有“第一”及“第二”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
在本发明的描述中，金刚石18可为天然金刚石、高温高压金刚石、聚晶金刚石、CVD金刚石，通过打磨，腐蚀等预处理使得金刚石18正常初露，并通过化学沉积法、气相沉积法、蒸镀法在其表面镀膜。金刚石18与胎体17的复合材料是由热压烧结成型、无压烧结成型、冷压无压烧结成型、电镀成型中的一种或多种的组合制备而成。
如图1、图2及图3所示，本实施例中所述的金刚石工具胎体对金刚石把持力的原位测量装置，包括外壳1、加载与测试系统、把持力测量夹具及激光定位与加工系统，
所述加载与测试系统包括施力装置2、力传感器3、第一转接头4、上下微调装置7、旋转调整装置8及第二转接头9，所述施力装置2设置在外壳1的内顶部中央位置，施力装置2通过位于其内部的液压缸驱动，实现向下的给进运动和向上的退回运动；所述力传感器3的一端与施力装置2相连接，力传感器3的另一端与第一转接头4相连接，同时力传感器3与控制终端相互通信连接，力传感器3将其采集到的数据传输至控制终端；第一转接头4由多段转接头单元串联组合而成，其为可伸缩式结构，可以根据所测样品的高低进行调整；所述上下微调装置7及旋转调整装置8通过自锁螺母配合螺栓固定在一起，并通过基座12固定在外壳1的内底部中心位置；所述第二转接头9设置在旋转调整装置8上，第二转接头9由多段转接头单元串联组合而成，其为可伸缩式结构，可以根据所测样品的高低进行调整。
所述把持力测量夹具包括第一卡盘5、第二卡盘6、左右微调装置10及前后微调装置11，所述第一卡盘5安装在第一转接头4上，第一卡盘5的卡爪夹持端镶嵌有夹持体19，夹持体19的材料是模具钢、硬质合金或CVD金刚石，夹持体19嵌入卡爪的深度大于其露出卡爪的高度，夹持体19远离卡爪端厚度小于20微米；所述第二卡盘6设置在左右微调装置10上；所述左右微调装置10设置在前后微调装置11上；第一卡盘5及第二卡盘6是用于夹紧工件的装置，可为两爪卡盘、三爪卡盘、四爪卡盘，可由手动夹紧、气动夹紧、机械夹紧或液压夹紧；所述前后微调装置11设置在第二转接头9上；左右微调装置10和前后微调装置11采用滑动导轨或滚动导轨。
所述激光定位与加工系统包括激光器13及激光器支架14，所述激光器13安装在激光器支架14，激光器13上设置有光路输出口16及工业相机15，在加工金刚石18时光路输出口16输出激光，其余时刻包括定位金刚石18、观察把持力测量过程时输出可见光；所述激光器支架14与外壳1相连，激光器支架14可以对激光器13进行空间全方位的调整，并可在特定位置固定。
金刚石工具胎体对金刚石把持力的原位测量装置的使用方法，包括以下步骤：
1)首先制备金刚石18与胎体17的复合材料；
2)通过预处理使得金刚石18正常初露，并在金刚石18表面镀膜；
3)通过第二卡盘6将复合材料固定在把持力测量夹具上；
4)调节激光器支架14，使得激光器13的光路输出口16对焦在金刚石18上；
5)设定激光器13的工作参数，在金刚石18表面刻蚀出一道深槽，所述工作参数包括功率参数、脉冲参数及距离参数；
6)通过旋转调整装置8将把持力测量夹具旋转360/n°，n为第二卡盘6的卡爪数量；
7)重复步骤3)～步骤5)直至在金刚石18上加工出n个沟槽；
8)调节加载与测试系统，将把持力测量夹具靠近金刚石18；
9)调整第一卡盘5将夹持体19伸入金刚石18表面的沟槽中；
10)调节加载与测试系统进行测试，并由力传感器3采集测量数据，同时将检测数据通过信号输出至控制终端。
Claims (2)
1.一种使用金刚石工具胎体对金刚石把持力的原位测量装置的方法，其特征在于，所述金刚石工具胎体对金刚石把持力的原位测量装置，包括：外壳（1）、加载与测试系统、把持力测量夹具及激光定位与加工系统；
所述加载与测试系统包括施力装置（2）、力传感器（3）、第一转接头（4）、上下微调装置（7）、旋转调整装置（8）及第二转接头（9），所述施力装置（2）设置在外壳（1）的内顶部中央位置，施力装置（2）通过位于其内部的液压缸驱动，实现向下的给进运动和向上的退回运动；所述力传感器（3）的一端与施力装置（2）相连接，力传感器（3）的另一端与第一转接头（4）相连接，同时力传感器（3）与控制终端相互通信连接；第一转接头（4）由多段转接头单元串联组合而成，其为可伸缩式结构；所述上下微调装置（7）及旋转调整装置（8）通过自锁螺母配合螺栓固定在一起，并通过基座（12）固定在外壳（1）的内底部中心位置；所述第二转接头（9）设置在旋转调整装置（8）上，第二转接头（9）由多段转接头单元串联组合而成，其为可伸缩式结构；
所述把持力测量夹具包括第一卡盘（5）、第二卡盘（6）、左右微调装置（10）及前后微调装置（11），所述第一卡盘（5）安装在第一转接头（4）上，第一卡盘（5）的卡爪夹持端镶嵌有夹持体（19）；所述第二卡盘（6）设置在左右微调装置（10）上；所述左右微调装置（10）设置在前后微调装置（11）上；所述前后微调装置（11）设置在第二转接头（9）上；
所述激光定位与加工系统包括激光器（13）及激光器支架（14），所述激光器（13）安装在激光器支架（14），激光器（13）上设置有光路输出口（16）及工业相机（15）；所述激光器支架（14）与外壳（1）相连；
所述方法包括如下步骤：
1）首先制备金刚石（18）与胎体（17）的复合材料；
2）通过预处理使得金刚石（18）正常初露，并在金刚石（18）表面镀膜；
3）通过第二卡盘（6）将步骤1）中的复合材料固定在把持力测量夹具上；
4）通过调节激光器支架（14），使激光器（13）的光路输出口（16）对焦在金刚石（18）上；
5）设定激光器（13）的工作参数，在金刚石（18）表面刻蚀出一道深槽，所述工作参数包括功率参数、脉冲参数及距离参数；
6）调节旋转调整装置（8）将把持力测量夹具旋转360/n°，n为第二卡盘（6）的卡爪数量；
7）重复步骤3）～步骤5）直至在金刚石（18）上加工出n个沟槽；
8）调节加载与测试系统，将把持力测量夹具靠近金刚石（18）；
9）调整第一卡盘（5）将夹持体（19）伸入金刚石（18）表面的沟槽中；
10）调节加载与测试系统进行测试，并由力传感器（3）采集检测数据，同时将检测数据通过信号传输至控制终端。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中金刚石（18）与胎体（17）的复合材料是由热压烧结成型、无压烧结成型、冷压无压烧结成型、电镀成型中的一种或多种的组合制备而成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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