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      測(cè)試金剛石涂層刀具附著強(qiáng)度及使用壽命的測(cè)量裝置的制作方法

      文檔序號(hào):6098504閱讀:176來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:測(cè)試金剛石涂層刀具附著強(qiáng)度及使用壽命的測(cè)量裝置的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種用于機(jī)械切削技術(shù)領(lǐng)域的裝置,特別是一種動(dòng)態(tài)定量測(cè)試金剛石涂層刀具附著強(qiáng)度及使用壽命的測(cè)量裝置。
      背景技術(shù)
      金剛石因具有高硬度、高導(dǎo)熱系數(shù)、低摩擦系數(shù)、低熱膨脹系數(shù)、和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)異性能而成為理想的工具材料,在金剛石涂層切削刀具領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,但目前仍未實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。其主要原因之一是關(guān)于金剛石涂層內(nèi)在質(zhì)量(主要是力學(xué)性能)評(píng)價(jià)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。在已有測(cè)量裝置中,包括壓痕測(cè)試、垂直拉伸、刮剝式測(cè)量及激光沖擊定量測(cè)定裝置等。壓痕測(cè)試、垂直拉伸及刮剝測(cè)試裝置都是定性、間接地測(cè)量涂層的附著力,測(cè)試范圍受附著強(qiáng)度大小、基體形狀等因素限制,相互之間缺乏可比性。界面結(jié)合強(qiáng)度激光沖擊定量測(cè)定裝置包括激光器、外光路系統(tǒng)、工裝夾具系統(tǒng)、試樣體系、干涉儀、示波器、控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)處理終端,試樣體系為等邊直角三棱柱或其變形體。該裝置可以更直接、科學(xué)的準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)界面結(jié)合強(qiáng)度的定量測(cè)定。但這種裝置只能進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試,而在實(shí)際使用過(guò)程中,金剛石刀具都是在動(dòng)態(tài)服役條件下使用,顯然上述方法不能反映刀具的實(shí)際服役狀況,更不能反映膜層的實(shí)際使用壽命。無(wú)疑,在動(dòng)態(tài)條件下測(cè)定和評(píng)價(jià)金剛石刀具膜層的界面結(jié)合性能,對(duì)于金剛石刀具膜層的使用壽命的考核和工程設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。關(guān)于動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù),目前相關(guān)報(bào)道較少。
      經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn),中國(guó)專利號(hào)91106170.3,名稱為膜/基結(jié)合強(qiáng)度的檢測(cè)方法及其裝置,該專利利用單擺沖擊劃痕儀的劃頭以1-3m/s的速度劃過(guò)帶有薄膜的平面樣品,在足夠的劃痕長(zhǎng)度條件下,劃頭依次與膜層表面接觸,進(jìn)入膜層,透過(guò)膜/基界面,侵入基材直至最深處后再以相反的過(guò)程掠出樣品表面。該裝置由機(jī)身、樣本臺(tái)、擺錘、角度控制架、指標(biāo)盤、千分表組成。該裝置的不足之處是只能對(duì)低頻的動(dòng)態(tài)負(fù)載進(jìn)行測(cè)量,另外受測(cè)試手段的限制測(cè)量準(zhǔn)確度不高。在實(shí)際生產(chǎn)中,很大一部分工件都是在高頻動(dòng)態(tài)負(fù)載下工作。當(dāng)前,現(xiàn)代高速加工及其他一些高頻加工在國(guó)民生產(chǎn)中越來(lái)越占據(jù)重要的位置,金剛石涂層刀具更是其不可替代的一種工具。在進(jìn)一步的檢索中,尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明能定量動(dòng)態(tài)檢測(cè)高頻復(fù)雜形狀金剛石刀具結(jié)合強(qiáng)度的技術(shù)相同或者類似的報(bào)道。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提供一種測(cè)試金剛石涂層刀具附著強(qiáng)度及使用壽命的測(cè)量裝置,使其克服現(xiàn)有的技術(shù)不能進(jìn)行精確定量動(dòng)態(tài)檢測(cè)、受基體形狀限制及不能適應(yīng)各種復(fù)雜工況等諸多不足,該測(cè)量裝置不僅能精確定量動(dòng)態(tài)測(cè)定金剛石涂層的附著強(qiáng)度,而且該裝置可以模擬不同的工況,靈活的改變加載載荷的頻率和大小,適應(yīng)不同的頻率和沖擊載荷,從而測(cè)出不同工況下的金剛石涂層刀具的實(shí)際使用壽命。其測(cè)量范圍不受基體形狀的限制,可方便地用于復(fù)雜形狀基體金剛石涂層的附著強(qiáng)度動(dòng)態(tài)測(cè)量。
      本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的,本發(fā)明包括基座本體、He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)和基座本體相連,并給基座本體腔內(nèi)液體施加動(dòng)態(tài)壓力,壓力以聲速傳送到被測(cè)樣本薄膜上,He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)在基座本體的上方,用來(lái)檢測(cè)樣本薄膜受動(dòng)態(tài)載荷后高度的變化。數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和基座本體及He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)相連,用來(lái)采集基座本體腔內(nèi)液體壓力及樣本薄膜高度的變化值,并經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)分析得出所測(cè)薄膜的動(dòng)態(tài)結(jié)合強(qiáng)度。
      基座本體包括測(cè)量基座、O型密封圈、不銹鋼薄板、卸荷閥、樣品支架、底板固定螺栓。測(cè)量基座是由有機(jī)玻璃塊加工成的中空立方體平臺(tái),底座下部的空腔的直徑為上部孔徑的6倍。立方體頂面孔和側(cè)面兩個(gè)孔被加工成螺紋孔。樣品支架通過(guò)螺紋連接直接旋入到測(cè)量基座的頂面螺紋孔中,并通過(guò)O型密封圈與測(cè)量基座進(jìn)行密封。卸荷閥通過(guò)螺紋連接直接旋入到測(cè)量基座左面螺紋孔中,并用O型密封圈進(jìn)行密封。樣品支架是沿著中心軸向下加工出一個(gè)通孔的無(wú)變形鋼螺栓,螺栓中心通孔可以使壓力油流過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行加壓,而樣品窗口則被環(huán)氧化在樣品支架的頂面。測(cè)量基座下腔通過(guò)一塊圓形的不銹鋼薄板密封,在測(cè)試時(shí)壓力油被這塊鋼板密封在工作腔中。
      He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)包括He-Ne激光器、分光鏡、反光鏡、偏光鏡、放大鏡、屏幕、干涉圖樣傳感器。He-Ne激光器功率為5mW,激光的波長(zhǎng)為632.4nm,這套系統(tǒng)的測(cè)量精度為312.2nm。
      動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)采用兩種形式對(duì)于低頻、高沖擊力的動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)由凸輪連桿機(jī)構(gòu)組成;對(duì)于高頻、低沖擊力的動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)采用壓電陶瓷晶體線性執(zhí)行器。
      低頻動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)包括直流電機(jī)、凸輪、連桿、連桿觸頭、連桿轉(zhuǎn)軸。計(jì)算機(jī)控制的直流電機(jī)通過(guò)凸輪與連桿連接,連桿與連桿轉(zhuǎn)軸連接并繞著連桿轉(zhuǎn)軸周期性轉(zhuǎn)動(dòng),連桿觸頭固定在連桿上,這個(gè)周期性的沖擊力通過(guò)連桿觸頭傳送到不銹鋼薄板上。凸輪偏心距為1.1mm,改變連桿觸頭和凸輪之間的距離可以用來(lái)調(diào)整不銹鋼薄板處的最大位移,從而調(diào)整被測(cè)金剛石薄膜處的壓力。這種裝置可以在工作腔中產(chǎn)生400Kpa的壓力,其最大頻率周期為50Hz。通過(guò)改變凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)際力臂的長(zhǎng)度,并保證在凸輪的一個(gè)回轉(zhuǎn)周期內(nèi),連桿觸頭不和不銹鋼薄板一直接觸,以設(shè)置基座空腔內(nèi)的最大壓力。
      高頻動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)包括壓電線性執(zhí)行器、信號(hào)放大器、信號(hào)發(fā)生器。壓電線性執(zhí)行器直接安裝在不銹鋼薄膜下面,信號(hào)發(fā)生器輸出一個(gè)正弦波信號(hào)來(lái)驅(qū)使壓電執(zhí)行器。這些信號(hào)傳送到壓電執(zhí)行器前由一個(gè)10倍的信號(hào)放大器放大。壓電線性執(zhí)行器產(chǎn)生一個(gè)正弦力作用在不銹鋼薄板上,可以在基座本體內(nèi)腔內(nèi)產(chǎn)生最大40KPa的壓力,其頻率可達(dá)8KHz。控制壓電執(zhí)行器的壓力和頻率可以模擬高頻低沖擊應(yīng)力的實(shí)際加工狀態(tài),并可準(zhǔn)確控制不銹鋼薄膜的變形高度。這兩種動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)都可以根據(jù)金剛石涂層刀具不同的工況及加工條件來(lái)設(shè)置基座本體腔內(nèi)的壓力及施載頻率。通過(guò)調(diào)整支架,將He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的激光測(cè)量器直接對(duì)準(zhǔn)樣品窗口中央以測(cè)量涂層變形時(shí)的垂直位移,測(cè)量信號(hào)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中。
      數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。壓力傳感器通過(guò)螺紋連接直接旋入到測(cè)量基座右面螺紋孔中,聯(lián)接螺紋采用聚四氟乙烯生料帶進(jìn)行密封,壓力傳感器所采集的測(cè)量信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳送,經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,并通過(guò)labview軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)腔體液體壓力、金剛石刀具薄膜偏移高度、以及壓電線性執(zhí)行器輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,對(duì)其測(cè)量結(jié)果分析就可以精確定量地得到金剛石涂層的在不同工況下的動(dòng)態(tài)附著強(qiáng)度。
      與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明增加了動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)及基座本體,可以模擬實(shí)際工作工況,對(duì)測(cè)試樣本加以高頻或低頻動(dòng)態(tài)施載,從而測(cè)試樣本在動(dòng)態(tài)工況下的界面結(jié)合強(qiáng)度并預(yù)測(cè)使用壽命。對(duì)于He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其方法和原理也有很大的改進(jìn),可以精確定量地得到金剛石涂層的在不同工況下的動(dòng)態(tài)附著強(qiáng)度。
      本發(fā)明的有益效果是,可以精確定量地動(dòng)態(tài)檢測(cè)到金剛石涂層的附著強(qiáng)度及其它力學(xué)性能,并可根據(jù)刀具實(shí)際的受力狀況及沖擊頻率來(lái)預(yù)測(cè)刀具的使用壽命,其測(cè)量范圍不受基體形狀及附著強(qiáng)度大小的限制,可方便地用于復(fù)雜形狀基體金剛石涂層的附著強(qiáng)度測(cè)量。本發(fā)明裝置操作簡(jiǎn)單,使用方便,使用范圍廣,因而具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。


      圖1是本發(fā)明采用低頻動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本發(fā)明采用高頻動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
      具體實(shí)施例方式
      如圖1、圖2所示,本發(fā)明包括基座本體1、He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)2、動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)3、數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4。動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)3和基座本體1相連,并給基座本體1腔內(nèi)液體施加動(dòng)態(tài)壓力,壓力以聲速傳送到被測(cè)樣本薄膜上,He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)2在基座本體1的上方,用來(lái)檢測(cè)樣本薄膜受動(dòng)態(tài)載荷后高度的變化。數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4與基座本體1及He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)2相連,用來(lái)采集基座本體腔內(nèi)液體壓力及樣本薄膜高度的變化值,并經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)分析得出所測(cè)薄膜的動(dòng)態(tài)結(jié)合強(qiáng)度。
      基座本體1包括測(cè)量基座5、O型密封圈6、不銹鋼薄板7、卸荷閥8、樣品支架9、底板固定螺栓10。測(cè)量基座5是由有機(jī)玻璃塊加工成的中空立方體平臺(tái),底座下部的空腔的直徑為上部孔徑的6倍。樣品支架9通過(guò)螺紋連接直接旋入到測(cè)量基座5的頂面螺紋孔中,并通過(guò)O型密封圈6與測(cè)量基座5進(jìn)行密封。卸荷閥8通過(guò)螺紋連接直接旋入到測(cè)量基座5左面螺紋孔中,并用O型密封圈6進(jìn)行密封。樣品支架9是沿著中心軸向下加工出一個(gè)通孔的無(wú)變形鋼螺栓,螺栓中心通孔可以使壓力油流過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行加壓。不銹鋼薄板7通過(guò)底板螺栓10固定在測(cè)量基座5下面,并用O型密封圈6密封,在測(cè)試時(shí)壓力油被這塊鋼板密封在工作腔中。
      He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)2包括He-Ne激光器22、分光鏡23、反光鏡24、偏光鏡25、放大鏡26、屏幕27、干涉圖樣傳感器28。He-Ne激光器22采用的是5mW的氦氖激光器,激光的波長(zhǎng)λ為632.4nm。激光束照射在一個(gè)分光鏡23上,一部分光經(jīng)過(guò)反射照在試樣上,另一部分透過(guò)分光鏡23后照射在反光鏡24上并反射回來(lái),稱為參考光束。兩束光線各自照射到試樣和反光鏡24上后經(jīng)過(guò)反射又在分光鏡23匯合,由于兩束光存在光程差,因此當(dāng)兩束光匯合后會(huì)形成干涉。合成的光束經(jīng)過(guò)偏光鏡25改變方向,放大鏡26放大后照射在屏幕27上,形成一個(gè)直徑大約幾厘米的干涉圖案。干涉圖案類似于窗口薄膜的等高線圖,一圈圈的條紋類似于等高線。隨著施加到薄膜上的壓強(qiáng)不斷增加窗口薄膜變形越來(lái)越大,干涉圖案中心不斷出現(xiàn)新的干涉條紋,并且不斷向外擴(kuò)展。在干涉圖案的中心安裝有干涉圖樣傳感器28來(lái)檢測(cè)干涉條紋明暗的變化,從而可以測(cè)量出窗口薄膜中心處的變形。每次干涉條紋變化薄膜中心相應(yīng)發(fā)生了λ/2的變形。金剛石薄膜的反光性能不好,所以在金剛石薄膜的表面貼上一層反光薄膜或者噴上一層反光劑以增強(qiáng)反光性,便于激光干涉儀測(cè)量。
      動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)3采用兩種形式對(duì)于低頻、高沖擊力的動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)由凸輪連桿機(jī)構(gòu)組成;對(duì)于高頻、低沖擊力的動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)采用壓電陶瓷晶體線性執(zhí)行器。
      如圖1所示,低頻動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)包括直流電機(jī)14、凸輪15、連桿16、連桿觸頭17、連桿轉(zhuǎn)軸18。計(jì)算機(jī)控制的直流電機(jī)14帶動(dòng)凸輪15轉(zhuǎn)動(dòng),凸輪偏心距為1.1mm,從而引起連桿16繞著連桿轉(zhuǎn)軸18周期性的轉(zhuǎn)動(dòng),連桿觸頭17固定在連桿16上,這樣這個(gè)周期性的沖擊力將通過(guò)連桿觸頭17傳送到不銹鋼薄板7上。改變凸輪15和連桿16的接觸點(diǎn)就可以改變凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)際力臂的長(zhǎng)度,并保證在凸輪15的一個(gè)回轉(zhuǎn)周期內(nèi),連桿觸頭17不和不銹鋼薄板7一直接觸,從而可以用來(lái)調(diào)整不銹鋼薄板7處的最大位移,以調(diào)整被測(cè)金剛石薄膜處的壓力。
      如圖2所示,高頻動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)包括壓電線性執(zhí)行器19、信號(hào)放大器20、信號(hào)發(fā)生器21。壓電線性執(zhí)行器19直接安裝在不銹鋼薄板7下面,其分辨率為0.6nm,共振頻率為14KHz。信號(hào)發(fā)生器21輸出一個(gè)正弦波信號(hào)來(lái)驅(qū)使壓電線性執(zhí)行器19。這些信號(hào)傳送到壓電線性執(zhí)行器19前由一個(gè)10倍的信號(hào)放大器20放大。壓電線性執(zhí)行器19產(chǎn)生一個(gè)正弦力作用在不銹鋼薄板7上,可以在基座本體內(nèi)腔內(nèi)產(chǎn)生最大40KPa的壓力,其頻率可達(dá)8KHz。可以根據(jù)實(shí)際加工中,刀具所受力及受沖擊周期來(lái)調(diào)整連桿力臂的長(zhǎng)度和電機(jī)14轉(zhuǎn)速或者壓電線性執(zhí)行器19的電壓和頻率,從而模擬金剛石刀具的實(shí)際受力狀況。
      數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括壓力傳感器11、A/D轉(zhuǎn)換器12和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)13。壓力傳感器11通過(guò)螺紋連接直接旋入到測(cè)量基座5右面螺紋孔中,聯(lián)接螺紋采用聚四氟乙烯生料帶進(jìn)行密封,壓力傳感器11所采集的測(cè)量信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳送,經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器12轉(zhuǎn)換輸送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)13中,并通過(guò)labview軟件加以分析。
      在使用本發(fā)明裝置進(jìn)行測(cè)量時(shí),首先采用縮水甘油醚類二酚基丙烷型環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑將制備好的金剛石涂層樣品29的涂層基體環(huán)氧化固定在樣品支架9的頂面,并使樣品窗口的中心與樣品支架9頂部通孔的中心相重合。根據(jù)加工實(shí)際刀具所受力及受到?jīng)_擊的周期,選擇采用動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)的類型。對(duì)于低頻動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整杠桿16實(shí)際力臂長(zhǎng)度及電機(jī)14轉(zhuǎn)速,來(lái)模擬實(shí)際金剛石涂層刀具受力狀態(tài);對(duì)于高頻動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整壓電線性執(zhí)行器19的電壓及頻率來(lái)模擬。與此同時(shí),通過(guò)He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)基座本體腔內(nèi)的液體壓力周期、最大峰值及平均值、金剛石涂層刀具薄膜膨脹高度。當(dāng)基座本體腔內(nèi)壓力突然下降時(shí),表明金剛石薄膜失效,斷裂。當(dāng)壓力下降到用戶設(shè)置的臨界值時(shí),labview分析系統(tǒng)通知用戶該刀具涂層已經(jīng)破壞,斷裂。根據(jù)膜基界面結(jié)合強(qiáng)度的理論模型就可以精確定量地計(jì)算出金剛石涂層在不同工況的動(dòng)態(tài)附著強(qiáng)度及使用周期。
      權(quán)利要求
      1.一種測(cè)試金剛石涂層刀具附著強(qiáng)度及使用壽命的測(cè)量裝置,包括He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)(2)、數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4),其特征在于,還包括基座本體(1)、動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)(3),動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)(3)和基座本體(1)相連,并給基座本體(1)腔內(nèi)液體施加動(dòng)態(tài)壓力,壓力以聲速傳送到被測(cè)樣本薄膜上,He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)(2)在基座本體(1)的上方,用來(lái)檢測(cè)樣本薄膜受動(dòng)態(tài)載荷后高度的變化,數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)和基座本體(1)及He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)(2)相連,采集基座本體腔內(nèi)液體壓力及樣本薄膜高度的變化值,并經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)分析得出所測(cè)薄膜的動(dòng)態(tài)結(jié)合強(qiáng)度。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試金剛石涂層刀具附著強(qiáng)度及使用壽命的測(cè)量裝置,其特征是,基座本體(1)包括測(cè)量基座(5)、O型密封圈(6)、不銹鋼薄板(7)、卸荷閥(8)、樣品支架(9)、底板固定螺栓(10),樣品支架(9)通過(guò)螺紋旋入到測(cè)量基座(5)的頂面螺紋孔中,卸荷閥(8)通過(guò)螺紋旋入到測(cè)量基座(5)左面螺紋孔中,不銹鋼薄板(7)通過(guò)底板固定螺栓(10)固定在測(cè)量基座(5)下面,以上連接之間均用O型密封圈(6)密封。
      3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試金剛石涂層刀具附著強(qiáng)度及使用壽命的測(cè)量裝置,其特征是,測(cè)量基座(5)是由有機(jī)玻璃塊加工成的中空立方體平臺(tái),底座下部的空腔的直徑為上部孔徑的6倍。
      4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試金剛石涂層刀具附著強(qiáng)度及使用壽命的測(cè)量裝置,其特征是,樣品支架(9)是沿著中心軸向下加工出一個(gè)通孔的無(wú)變形鋼螺栓,螺栓中心通孔使壓力油流過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行加壓。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試金剛石涂層刀具附著強(qiáng)度及使用壽命的測(cè)量裝置,其特征是,動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)(3)包括低頻動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)和高頻動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)兩種形式,對(duì)于低頻、高沖擊力的動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)采用包含凸輪連桿機(jī)構(gòu)的低頻動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng);對(duì)于高頻、低沖擊力的動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)采用包含壓電陶瓷晶體線性執(zhí)行器高頻動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)。
      6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)試金剛石涂層刀具附著強(qiáng)度及使用壽命的測(cè)量裝置,其特征是,低頻動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)包括直流電機(jī)(14)、凸輪(15)、連桿(16)、連桿觸頭(17)、連桿轉(zhuǎn)軸(18),計(jì)算機(jī)控制的直流電機(jī)(14)通過(guò)凸輪(15)與連桿(16)連接,連桿(16)與連桿轉(zhuǎn)軸(18)連接并繞著連桿轉(zhuǎn)軸(18)周期性轉(zhuǎn)動(dòng),連桿觸頭(17)固定在連桿(16)上,這個(gè)周期性的沖擊力通過(guò)連桿觸頭(17)傳送到不銹鋼薄板(7)上。
      7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)試金剛石涂層刀具附著強(qiáng)度及使用壽命的測(cè)量裝置,其特征是,高頻動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)包括壓電線性執(zhí)行器(19)、信號(hào)放大器(20)、信號(hào)發(fā)生器(21),壓電線性執(zhí)行器(19)直接設(shè)置在不銹鋼薄板(7)下面,其分辨率為0.6nm,共振頻率為14KHz,信號(hào)發(fā)生器(21)通過(guò)信號(hào)放大器(20)連接到壓電線性執(zhí)行器(19)。
      8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試金剛石涂層刀具附著強(qiáng)度及使用壽命的測(cè)量裝置,其特征是,He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)(2)包括He-Ne激光器(22)、分光鏡(23)、反光鏡(24)、偏光鏡(25)、放大鏡(26)、屏幕(27)、干涉圖樣傳感器(28),He-Ne激光器(22)發(fā)出的激光束照射在一個(gè)分光鏡(23)上,一部分光經(jīng)過(guò)反射照在試樣上,另一部分透過(guò)分光鏡(23)后照射在反光鏡(24)上并反射回來(lái),兩束光線各自照射到試樣和反光鏡(24)上后經(jīng)過(guò)反射又在分光鏡(23)匯合,合成的光束經(jīng)過(guò)偏光鏡(25)改變方向,放大鏡(26)放大后照射在屏幕(27)上,形成一個(gè)干涉圖案,在干涉圖案的中心設(shè)有干涉圖樣傳感器(28)。
      9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試金剛石涂層刀具附著強(qiáng)度及使用壽命的測(cè)量裝置,其特征是,數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)包括壓力傳感器(11)、A/D轉(zhuǎn)換器(12)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(13),壓力傳感器(11)通過(guò)螺紋連接直接旋入到測(cè)量基座(5)右面螺紋孔中,聯(lián)接螺紋采用聚四氟乙烯生料帶進(jìn)行密封,壓力傳感器(11)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器(12)連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(13),壓力傳感器(11)所采集的測(cè)量信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳送,經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器(12)轉(zhuǎn)換輸送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(13)中。
      10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測(cè)試金剛石涂層刀具附著強(qiáng)度及使用壽命的測(cè)量裝置,其特征是,He-Ne激光器(22)采用5mW的氦氖激光器,激光的波長(zhǎng)λ為632.4nm。
      全文摘要
      一種用于機(jī)械切削技術(shù)領(lǐng)域的測(cè)試金剛石涂層刀具附著強(qiáng)度及使用壽命的測(cè)量裝置,動(dòng)態(tài)載荷加載系統(tǒng)和基座本體相連,并給基座本體腔內(nèi)液體施加動(dòng)態(tài)壓力,壓力以聲速傳送到被測(cè)樣本薄膜上,He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)在基座本體的上方,用來(lái)檢測(cè)樣本薄膜受動(dòng)態(tài)載荷后高度的變化,數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和基座本體及He-Ne激光干涉測(cè)量系統(tǒng)相連,采集基座本體腔內(nèi)液體壓力及樣本薄膜高度的變化值,并經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)分析得出所測(cè)薄膜的動(dòng)態(tài)結(jié)合強(qiáng)度。本發(fā)明不僅能精確定量動(dòng)態(tài)測(cè)定金剛石涂層的附著強(qiáng)度,而且能模擬實(shí)際的工況,從而預(yù)測(cè)刀具的使用壽命。其測(cè)量范圍不受基體形狀及附著強(qiáng)度大小的限制,可方便地用于復(fù)雜形狀基體金剛石涂層的附著強(qiáng)度測(cè)量。
      文檔編號(hào)G01B11/06GK1727874SQ200510028220
      公開(kāi)日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
      發(fā)明者向道輝, 陳明, 孫方宏, 馬玉平 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)
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