CN108254266A - 一种固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备及方法，包括：数据采集***(1)、电脑主机及显示器(2)、显微镜(3)、显微镜固定架(4)、支撑架(5)、双轴微动平台(6)、磨粒试样块(8)、平口钳(9)、三向测力仪(10)、滑台(11)、光学平板(12)；显微镜(3)与所述显微镜固定架(4)滑动连接，实现所述显微镜(3)在所述显微镜固定架(4)上前后移动；所述显微镜固定架(4)与所述支撑架(5)在竖直方向上滑动连接，使所述显微镜固定架(4)在所述支撑架(5)上上下移动；应用本技术方案可获得固结磨粒结合强度，实现观察并记录磨粒在剪切当中的失效过程及失效形式，测量范围广泛，可操作性强。
Description
技术领域
本发明涉及工具制造的领域，具体是指一种固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备及方法。
背景技术
对于有一定出露的磨粒工具如钎焊金刚石工具，在制备工具的过程中，磨粒结合强度的评价一直以来是一个难题。现有的评方法主要有三种，弯曲试验、拉伸试验和剪切试验。就物理意义而言，拉伸强度更能直接反映材料界面上结合键的强弱，即反映结合力的大小，可获得准确的界面结合强度值。但是此种方法只能对标准试样进行实验，对于金刚石工具而言，需要用大单晶才能完成拉伸试验，这导致成本昂贵，难以推广。弯曲试验对烧结金刚石工具评价较多，但弯曲强度很难对基体与磨粒颗粒界面的真实结合强度进行表征。磨粒在磨削过程中的破坏形式主要以剪切破坏为主，而导致磨粒破坏甚至脱落的剪切力正是其主要原因，用剪切力的大小来表征磨粒结合强度例如金刚石工具的钎焊强度，更符合磨粒的实际切削状态。但对磨粒进行剪切试验目前尚未提出***的操作方法以及没有专门测量设备。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备及方法；能够获得固结磨粒结合强度的同时实现观察并记录磨粒试样块在剪切当中的失效过程及失效形式，测量范围广泛，可操作性强。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备，包括：
数据采集***(1)、电脑主机及显示器(2)、显微镜(3)、显微镜固定架(4)、支撑架(5)、双轴微动平台(6)、磨粒试样块(8)、平口钳(9)、三向测力仪(10)、滑台(11)、光学平板(12)、磨粒(13)；
所述数据采集***(1)与所述电脑主机及显示器(2)、三向测力仪(10)连接；显微镜(3)与电脑主机及显示器(2)连接；显微镜(3)与所述显微镜固定架(4)滑动连接，实现所述显微镜(3)在所述显微镜固定架(4)上前后移动；所述显微镜固定架(4)与所述支撑架(5)在竖直方向上滑动连接，使所述显微镜固定架(4)在所述支撑架(5)上上下移动；双轴微动平台(6)安装在所述支撑架(5)上；所述双轴微动平台(6)上沿竖直方向安装有刀片(7)；支撑架(5)和滑台(11)安装在所述光学平板(12)上；三向测力仪(10)安装在所述滑台(11)上；平口钳(9)安装在所述三向测力仪(10)上；磨粒试样块(8)安装在平口钳(9)上，所述磨粒试样块(8)的上表面位于在竖直方向上高于平口钳(9)的上表面的位置。
在一较佳的实施例中，所述滑台(11)能够提供的最大推力大于500N，加载速度范围为0.001至1000mm/min。
在一较佳的实施例中，所述双轴微动平台(6)驱动所述刀片(7)的上下和左右移动，移动行程为±6.5mm,移动精度为10μm,能承受最大的负载大于500N。
在一较佳的实施例中，所述显微镜(3)直径小于7mm,实现放大倍数范围为1～500倍的；所述电脑主机及显示器(2)用于显微对刀并记录磨粒试样块(8)上的磨粒(13)推剪的整个过程。
在一较佳的实施例中，所述刀片(7)通过一刀具与所述双轴微动平台(6)固定，所述刀具的刀杆材质为硬质合金，所述刀片(7)宽度为1.5mm。
本发明还提供了一种固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量方法，采用了上述的磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备，包括以下步骤：
(一)制作磨粒试样块(8)，将磨粒试样块(8)装夹在平口钳(9)中；
(二)调节双轴微动平台(6)使得磨粒试样块(8)上的磨粒(13)处于刀片(7)的中心位置；
(三)调节显微镜(3)位置使得磨粒试样块(8)上的磨粒(13)清晰呈现于显微镜(3)视野中；
(四)用双轴微动平台(6)设置磨粒试样块(8)上的磨粒(13)推剪高度h并固定好刀片(7)；
(五)设置磨粒试样块(8)上的磨粒(13)运动起始点及滑台(11)加载速度；
(六)用三向测力仪(10)开始采集力信号并打开显微镜(3)录像功能；
(七)启动滑台(11)让磨粒试样块(8)开始运动；
(八)磨粒试样块(8)运动停止后停止采集力信号和录像；
(九)保存力信号数据和磨粒试样块(8)上的磨粒(13)运动全过程视频。
在一较佳的实施例中，所述磨粒试样块(8)具有规则的形状；所述磨粒试样块(8)上的磨粒(13)粒度位于50～20目之间；所述磨粒试样块(8)上的磨粒(13)粒度均相同且具有一样的出露高度。
在一较佳的实施例中，所述磨粒试样块(8)上的磨粒(13)之间的间隔大于刀片(7)的宽度。
在一较佳的实施例中，设置磨粒试样块(8)上的磨粒(13)推剪高度h的数值每次实验是一样的。
在一较佳的实施例中，所述滑台(11)速度范围为0.001至0.5mm/min。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
通过测量其剪切力的大小来表征磨粒结合的强度。该发明的检测设备不仅能够通过显微镜对细小磨粒对刀并测得剪切力的大小，还能够观察并记录到磨粒在剪切过程中的失效过程及失效形式，测量范围广泛，可操作性强，这对评价与优化磨粒工具制备工艺具有重要作用。
本发明采用的滑台的加载速度0.001～1000mm/min，能实现磨粒准静态、动态推剪。采用显微镜连接电脑主机及显示器，解决了磨粒小对刀难的问题，操作非常简便。通过显微镜还能够观察并记录磨粒试样块在推剪过程中的运动全过程，这有利于后续分析磨粒失效过程及形式。
附图说明
图1为本发明优选实施例中固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备的结构示意图；
图2为本发明优选实施例中刀片(7)下方的放大示意图；
图3为本发明优选实施例中固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量方法流程示意图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量方法，采用了一种固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备，所述固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备，如图1至2所示，主要包括：数据采集***1、电脑主机及显示器2、显微镜3、显微镜固定架4、支撑架5、双轴微动平台6、磨粒试样块8、平口钳9、三向测力仪10、滑台11、光学平板12、磨粒13；显微镜3的规格型号众多，本实施例中选用的显微镜3具体为USB显微镜。
上述主要元件之间的连接关机及位置关系如下所述：所述数据采集***1分别与所述电脑主机及显示器2、三向测力仪10连接；为了解决磨粒试样块8小对刀难的问题，显微镜3与电脑主机及显示器2连接；显微镜3与所述显微镜固定架4滑动连接，实现所述显微镜3在所述显微镜固定架4上前后移动；所述显微镜固定架4与所述支撑架5在竖直方向上滑动连接，使所述显微镜固定架4在所述支撑架5上上下移动；这样就实现调节所述显微镜固定架4支撑架5就可以调节所述显微镜3的位置；双轴微动平台6安装在所述支撑架5上；所述双轴微动平台6上沿竖直方向安装有刀片7，所述刀片7通过一刀具与所述双轴微动平台6固定，所述刀具的刀杆材质为硬质合金，所述刀片7宽度为1.5mm；支撑架5和滑台11安装在所述光学平板12上；三向测力仪10安装在所述滑台11上；平口钳9安装在所述三向测力仪10上；磨粒试样块8安装在平口钳9上，所述磨粒试样块8的上表面位于在竖直方向上高于平口钳9的上表面的位置。
具体来说，所述滑台11能够提供的最大推力大于500N，为了实现磨粒试样块8上的磨粒13准静态、动态推剪加载速度范围为0.001至1000mm/min。所述双轴微动平台6驱动所述刀片7的上下和左右移动，移动行程为±6.5mm,移动精度为10μm,能承受最大的负载大于500N。所述显微镜3直径小于7mm,实现放大倍数范围为1～500倍的；所述电脑主机及显示器2用于显微对刀并记录磨粒试样块8上的磨粒13推剪的整个过程。本设备通过测量其剪切力的大小来表征磨粒试样块8上的磨粒13的结合的强度，不仅能够通过显微镜3对细小磨粒试样块8上的磨粒13对刀并测得剪切力的大小，还能够观察并记录到磨粒试样块8上的磨粒13在剪切过程中的失效过程及失效形式，测量范围广泛，可操作性强，这对评价与优化磨粒工具制备工艺具有重要作用。
以上介绍了磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备的具体结构，下面叙述如何利用上述磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备完成固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量；参考图3，具体包括以下步骤：
(一)制作磨粒试样块8，将磨粒试样块8装夹在平口钳9中；
为了更好的实验效果，本实验对磨粒试样快8有以下要求：所述磨粒试样块8上的磨粒13包括金刚石、立方氮化硼超硬磨料，也包括刚玉、碳化硅等普通磨料；所述磨粒试样块8具有规则的形状，如立方体或圆柱体；所述磨粒试样块8上的磨粒13粒度位于50～20目之间，且磨粒粒度相同；所述磨粒试样块8的厚度≥3mm；宽度＜32mm,长度＜40mm或者直径＜32mm；所述磨粒试样块8上的磨粒13粒度均相同且具有一样的出露高度。
(二)调节双轴微动平台6使得磨粒试样块8上的磨粒13处于刀片7的中心位置；所述磨粒试样块8上的磨粒13之间的间隔大于刀片7的宽度。
(三)调节显微镜3位置使得磨粒试样块8上的磨粒13清晰呈现于显微镜3视野中；
(四)用双轴微动平台6设置磨粒试样块8上的磨粒13推剪高度h并固定好刀片7；磨粒推剪高度h是以磨粒试样块8基体表面为基准的，所述设置磨粒推剪高度h的数值每次实验是一样的。
(五)设置磨粒试样块8运动起始点及滑台11加载速度；
(六)用三向测力仪10开始采集力信号并打开显微镜3录像功能；所述用三项测力仪10采集力信号所用的采样频率为1000-20000Hz。
(七)启动滑台11让磨粒试样块8开始运动；设置磨粒试样块8上的磨粒13运动起始点在水平方向上距离刀尖5～10mm；所述滑台11速度范围为0.001至0.5mm/min。
(八)磨粒试样块8运动停止后停止采集力信号和录像；
(九)保存力信号数据和磨粒试样块8运动全过程视频。
本发明采用的滑台11的加载速度0.001～1000mm/min，能实现磨粒试样块8上的磨粒13准静态、动态推剪。采用显微镜3连接电脑主机及显示器2，解决了磨粒试样块8上的磨粒13小对刀难的问题，操作非常简便。通过显微镜3还能够观察并记录磨粒试样块8在推剪过程中的运动全过程，这有利于后续分析磨粒试样块8上的磨粒13失效过程及形式。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (10)
1.一种固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备，其特征在于，包括：
数据采集***(1)、电脑主机及显示器(2)、显微镜(3)、显微镜固定架(4)、支撑架(5)、双轴微动平台(6)、磨粒试样块(8)、平口钳(9)、三向测力仪(10)、滑台(11)、光学平板(12)、磨粒(13)；
所述数据采集***(1)与所述电脑主机及显示器(2)、三向测力仪(10)连接；显微镜(3)与电脑主机及显示器(2)连接；显微镜(3)与所述显微镜固定架(4)滑动连接，实现所述显微镜(3)在所述显微镜固定架(4)上前后移动；所述显微镜固定架(4)与所述支撑架(5)在竖直方向上滑动连接，使所述显微镜固定架(4)在所述支撑架(5)上上下移动；双轴微动平台(6)安装在所述支撑架(5)上；所述双轴微动平台(6)上沿竖直方向安装有刀片(7)；支撑架(5)和滑台(11)安装在所述光学平板(12)上；三向测力仪(10)安装在所述滑台(11)上；平口钳(9)安装在所述三向测力仪(10)上；磨粒试样块(8)安装在平口钳(9)上，所述磨粒试样块(8)的上表面位于在竖直方向上高于平口钳(9)的上表面的位置。
2.根据权利要求1所述的固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备，其特征在于，所述滑台(11)能够提供的最大推力大于500N，加载速度范围为0.001至1000mm/min。
3.根据权利要求1所述的固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备，其特征在于，所述双轴微动平台(6)驱动所述刀片(7)的上下和左右移动，移动行程为±6.5mm,移动精度为10μm,能承受最大的负载大于500N。
4.根据权利要求1所述的固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备，其特征在于，所述显微镜(3)直径小于7mm,实现放大倍数范围为1～500倍的；所述电脑主机及显示器(2)用于显微对刀并记录磨粒试样块(8)上的磨粒13推剪的整个过程。
5.根据权利要求1所述的固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备，其特征在于，所述刀片(7)通过一刀具与所述双轴微动平台(6)固定，所述刀具的刀杆材质为硬质合金，所述刀片(7)宽度为1.5mm。
6.一种固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量方法，其特征在于采用了上述权利要求1至5中任意一项所述的磨粒工具的磨粒结合强度的测量设备，包括以下步骤：
(一)制作磨粒试样块(8)，将磨粒试样块(8)装夹在平口钳(9)中；
(二)调节双轴微动平台(6)使得磨粒试样块(8)上的磨粒(13)处于刀片(7)的中心位置；
(三)调节显微镜(3)位置使得磨粒试样块(8)上的磨粒(13)清晰呈现于显微镜视野中；
(四)用双轴微动平台(6)设置磨粒试样块(8)上的磨粒(13)推剪高度h并固定好刀片(7)；
(五)设置磨粒试样块(8)上的磨粒(13)运动起始点及滑台(11)加载速度；
(六)用三向测力仪(10)开始采集力信号并打开显微镜(3)录像功能；
(七)启动滑台(11)让磨粒试样块(8)开始运动；
(八)磨粒试样块(8)运动停止后停止采集力信号和录像；
(九)保存力信号数据和磨粒试样块(8)上的磨粒13运动全过程视频。
7.根据权利要求6所述的固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量方法，其特征在于，所述磨粒试样块(8)具有规则的形状；所述磨粒试样块(8)上的磨粒(13)粒度位于50～20目之间；所述磨粒试样块(8)上的磨粒(13)的粒度均相同且具有一样的出露高度。
8.根据权利要求6所述的固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量方法，其特征在于，所述磨粒试样块(8)上的磨粒13之间的间隔大于刀片(7)的宽度。
9.根据权利要求6所述的固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量方法，其特征在于，设置磨粒试样块(8)上的磨粒(13)推剪高度h的数值每次实验是一样的。
10.根据权利要求6所述的固结磨粒工具的磨粒结合强度的测量方法，其特征在于，所述滑台(11)速度范围为0.001至0.5mm/min。
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