[发明专利]一种使用薄膜热电偶测量刀具温度的结构与制备方法

说明书

一种使用薄膜热电偶测量刀具温度的结构与制备方法，该结构包括绝缘膜、热电偶薄膜、保护膜、刀具涂层和引出脚，所述绝缘膜形成在刀具所需测温位置，所述绝缘膜上具有凹陷区域，所述热电偶薄膜形成在所述凹陷区域内，所述保护膜形成在所述热电偶薄膜上，所述涂层覆盖所述保护膜，所述热电偶薄膜与所述引出脚电连接，所述引出脚位于所述保护膜和所述涂层的覆盖区域外并用于通过引出导线与温度采集终端电连接。通过本发明，可获得刀具整体性不受破坏、刀具表面平整、测温准确性高、工作可靠、使用范围广的实时测温刀具。

技术领域

本发明涉及切削刀具领域，特别是涉及一种使用薄膜热电偶测量刀具温度的结构与制备方法。

背景技术

切削加工是机械加工中一种重要的加工技术之一。在切削过程中，尤其是在金属的切削过程中，由于切削刀具和加工工件之间、切屑和刀具之间存在剧烈的摩擦，由此产生大量的切削热，且由于散热条件影响等，切削热主要集中在在离刀刃不远的前刀面上，刀具温度升高，加剧刀具磨损，使用寿命降低；同时引发工件微小变形，以及影响积屑瘤的产生和消失，导致最终加工精度降低。一般而言，切削温度是指由刀具、切屑和工件所形成的切削区的平均温度。切削温度的高低在一定程度上反映了切削刀具的剩余使用寿命，以及加工状态的好坏。为此在加工过程中需要对切削温度进行监测。

另一方面，磨损也常常发生在后刀面上。为了能够对后刀面上的磨损机理进行建模研究，一般也需要获取其温度分布情况。

在切削变形区，切屑沿前刀面流出的过程中与前刀面发生剧烈的摩擦和挤压作用，使得温度不断升高。因此刀具温度最高点位于前刀面靠近刀刃处。为了能够获取温度在刀具上的精确分布情况，以及实时变化情况，对刀具温度最高点进行监测是一种合理的方法。在目前常见的切削刀具温度测量方法主要有自然热电偶法、人工热电偶法、半人工热电偶法、辐射测温法等。其中，自然热电偶法依靠刀具与工件之间自然形成的热电偶测温，精度较差，而人工热电偶法和半人工热电偶法都需要在刀具或工件上打孔以放入热电偶，使用上受到诸多限制，特别是难以获取刀具温度最高点处的准确温度。辐射测温法适用于远距离物体表面温度的非接触测量场景，由于切削加工环境复杂，很难通过辐射测量的方法准确获取刀具的温度，同时该方法极易受到切削液、切屑、设备运动等的干扰，难以保证测量精度。上述传统的热电偶测温方法不仅有较大的测温误差，也会降低刀具性能，影响加工质量。由于附着在前刀面上的硬质涂层的完整性和平整性直接影响刀具的使用寿命和加工质量，因此，对于嵌入式热电偶测温的刀具，需考虑热电偶结构的加入对刀具表面结构带来的变化。

另外，在制备热电偶测温刀具时，前人研究中多对分体式刀具进行真空烧制结合得到，这样得到的刀具整体结构受到破坏。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述技术缺陷，提供一种使用薄膜热电偶测量刀具温度的结构与制备方法，以获得测温准确性高、刀具表面平整、工作可靠的实时测温刀具。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种使用薄膜热电偶测量刀具温度的结构，包括绝缘膜、热电偶薄膜、保护膜、刀具涂层和引出脚，所述绝缘膜形成在刀具所需测温位置，所述绝缘膜上具有凹陷区域，所述热电偶薄膜形成在所述凹陷区域内，所述保护膜形成在所述热电偶薄膜上，所述涂层覆盖所述保护膜，所述热电偶薄膜与所述引出脚电连接，所述引出脚位于所述保护膜和所述涂层的覆盖区域外并用于通过引出导线与温度采集终端电连接。

进一步地：

所述保护膜形成在所述凹陷区域内，所述热电偶薄膜与所述保护膜的厚度之和与所述凹陷区域的深度相等，优选地，所述凹陷区域的深度在0.5-5微米范围内。