[发明专利]一种硬脆材料的单颗磨粒分级划擦实验方法

说明书

一种硬脆材料的单颗磨粒分级划擦实验方法。其包括将硬脆材料切割成长条形状试样，并将试样表面打磨抛光至规定粗糙度及平面度；将抛光后试样固定在正弦虎钳上并调整至规定的角度，虎钳连接测力仪并固定在数控机床的工作台上；将单颗金刚石颗粒固结在刀盘上，刀盘整至动平衡并完成对刀；刀盘按指定转速旋转，同时试样水平进给，单颗金刚石磨粒在试样表面划擦出一系列间距可控的划痕，通过测力仪和声发射装置采集划擦过程中的数据；本发明可灵活地调整划擦条纹的间距和深度，一次实验可以完整的得到深度阶梯变化的划痕，从而快速、准确地获取各种划擦深度分级的数据。在同样划擦条件下实现深度分级，避免了实验过程中的不稳定因素，节省了实验次数。

技术领域

本发明属于机械加工中的材料性能测试及精密与超精密加工技术领域，特别是涉及一种硬脆材料的单颗磨粒分级划擦实验方法。

背景技术

磨粒的实际加工过程可以看作是砂轮表面大量排列参差不齐、分布不规则和形状各异的单颗磨粒共同作用的切削过程。在硬脆材料的磨削加工机理研究中,常把复杂的磨粒综合作用过程抽象成一种简化的单颗粒划擦过程来探究本质的磨粒切削问题。单一磨粒的切削作用是磨削加工的基础,单颗磨粒的划擦、耕犁、切削作为磨削加工的基本模式,成为认识复杂磨削作用的一种重要手段。

现有的单颗磨粒的划擦、耕犁、切削行为的测试手段主要有四种形式：直线划擦、楔面划擦、球盘划擦和单摆划擦。对已有的大量文献和公开专利分析发现,四种测试方法存在相应的不足。直线划擦和楔面划擦测试的划擦速度远低于磨削的砂轮线速度,很难模拟磨粒真实加工过程。球盘划擦测试实际上是一种典型的摩擦学测试方法,材料去除方式与磨粒加工有很大不同。单摆划擦测试被认为是最接近磨粒去除材料过程的一种测试手段,但是测试稳定性差,微米以下的划痕较短，且划痕变化剧烈，划痕深度大多在几十甚至几百微米,而这与实际的单颗磨粒作用深度极为不同。上述方法均无法保持磨粒与工件间始终处于高精度的稳定接触状态,因此难以实现稳定划擦。上述问题极大地制约了单颗磨粒划擦试验技术的进步。

针对硬脆性材料磨削加工时的材料损伤演化，脆性—延性转变和磨粒临界磨削深度研究,单颗磨粒划擦沟槽深度在几十微米以上的部分几乎没有实际意义,只有在微米和微米以下的部分才是所要重点观察、测量和分析的对象。为了对硬脆性材料的磨削性能进行全面的分析,要求单颗磨粒磨削所生成的沟槽深度在微米和微米以下的部分足够长,且变化平稳，否则很难观察到硬脆材料磨削加工时材料脆性—延性转变过程中局部细节特征。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种硬脆材料的单颗磨粒分级划擦实验方法。

为了达到上述目的，本发明提供的硬脆材料的单颗磨粒分级划擦实验方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)将硬脆材料切割成长条形状的试样，并将试样的表面打磨抛光至规定的表面粗糙度及平面度；将抛光后的试样固定在正弦虎钳上并调整至规定的倾斜角度，将虎钳连接测力仪并固定在数控机床的工作台上；

2)将单颗金刚石磨粒固结在刀盘的底面上上，将刀盘通过动平衡块调整至动平衡；然后使单颗金刚石磨粒触碰在数控机床的对刀仪上，完成对刀；

3)启动刀盘按指定转速旋转，同时通过工作台使试样水平进给，在此过程中单颗金刚石磨粒将在试样的表面划擦出一系列间距可控的划痕，与此同时通过测力仪和声发射装置采集划擦过程中的数据；

4)取下试样，检测各划痕的显微形貌，对比划痕实际切深和最大理论切深的差异；最后将试样沿划痕的长度方向进行切割，检测硬脆材料亚表面的损伤和裂纹扩展。

在步骤1)中，所述的打磨抛光后试样的表面粗糙度小于10nm，平面度小于公差等级IT2。

在步骤1)中，所述的试样调整的倾斜角度θ范围为0.1°～2°。

在步骤2)中，所述的单颗金刚石磨粒的尖端为正四棱锥形，棱面夹角为90°～135°。