[发明专利]一种石墨材料断裂韧性测试用开槽刀具、设备及开槽方法

说明书

本发明提供了一种石墨材料断裂韧性测试用开槽刀具、设备及开槽方法，其包括石墨材料断裂韧性测试用开槽刀具，该石墨材料断裂韧性测试用开槽刀具包括刀柄与刀片，刀柄与数控机床的主轴同轴连接，刀片旋转对工作台上夹具夹紧固定的石墨材料样品进行数控开槽，用来替代手工开槽，避免手工开槽带来的对测试结果准确性的影响，解决了手工开槽对于石墨材料断裂韧性测试造成不准确的技术问题，保证石墨样品材料开槽的一致性，提高了石墨材料样品在进行断裂韧性测试时的测试精度，并且数控机床带动特定的开槽刀具对石墨材料样品进行全自动开槽，其开槽的速度与效率远高于人工开槽的速度，提高了测试的效率。

技术领域

本发明涉及石墨材料检测用开槽技术领域，具体为一种石墨材料断裂韧性测试用开槽刀具、设备及开槽方法。

背景技术

断裂韧性是表征材料阻止裂纹扩展的能力，是度量材料的韧性好坏的一个定量指标。在加载速度和温度一定的条件下，对某种材料而言它是一个常数。当裂纹尺寸一定时，材料的断裂韧性值愈大，其裂纹失稳扩展所需的临界应力就愈大；当给定外力时，若材料的断裂韧性值愈高，其裂纹达到失稳扩展时的临界尺寸就愈大。且断裂韧性是材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量，也是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。它和裂纹本身的大小、形状及外加应力大小无关。是材料固有的特性，只与材料本身、热处理及加工工艺有关。是应力强度因子的临界值。常用断裂前物体吸收的能量或外界对物体所作的功表示。韧性材料因具有大的断裂伸长值，所以有较大的断裂韧性，而脆性材料一般断裂韧性较小。

而断裂韧性作为表征石墨材料抵抗裂纹扩展、阻止断裂的一个量度。需要对石墨材料断裂性能进行测试，常用的是在材料上人为地切割出一个凹槽检测槽用以模拟断裂，以计算出材料的抵抗脆性破坏的韧性参数K_1c。美国材料试验协会ASTM D7779已对检测方法进行了规范，但现有对石墨材料样品进行凹槽的加工方法均为手工切割，在模拟断裂时，由于手工开槽的检测槽的槽底根部半径过大，以及检测槽本身的大小和形状的一致性无法保证，直接影响测试结果的准确性，从而严重阻碍该方法的应用，对石墨材料的工程应用带来较大可靠性风险。

在专利号为CN103223528A的中国专利中公开了建装板材开槽孔设备、开槽孔方法及锯片、加工所得板材，其公开的锯片的边缘具有20度～80度倾角；其公开的设备包括用于对板材进行切削的切削部分和用于支撑板材的工作台部分；其公开的方法是控制切削部分或工作台部分相对运动从而实现对板材的放置、切削目的，但是该锯片、设备以及方法均无法运用于石墨断裂韧性测试中。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种石墨材料断裂韧性测试用开槽刀具、设备及开槽方法，通过利用数控机床配合特定的开槽刀具对石墨材料样品进行全自动开槽的方法，替代手工开槽的方法，解决用于测试断裂韧性的样品因凹槽大小、形状不一致造成的实验误差偏大，结果不准确等问题，有效改善因切口大小和形状造成的实验误差。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种石墨材料断裂韧性测试用开槽刀具，包括：

刀柄，所述刀柄为圆柱形设置，其从上至下包括装夹部与连接部,所述装夹部的直径为J，长度为K，所述连接部的直径为U，长度为M,所述装夹部的直径J与连接部的直径U的关系满足：2U≤J≤3U,所述装夹部的长度K与连接部的长度M的关系满足：M/3≤K≤M/2；

刀片，所述刀片同心设置于所述连接部的末端，其与所述连接部一体设置，且其直径为P，厚度为Q，该刀片的工作区的外圆周上等距分部有数量为N的尖端高度为H的齿形的刀刃部，所述刀片的直径P与刀刃部的数量N之间的关系满足：πP/3≤N≤πP/2，且所述刀片直径P的单位为mm；

所述刀柄旋转，带动所述刀片同步旋转，使工作区的外圆周上的刀刃部对石墨材料样品进行切割，使石墨材料样品的长度方向的中部形成深度为a，宽度为d的用于石墨材料断裂韧性测试用的检测槽，且该检测槽的槽底根部半径R<5μm。