[发明专利]一种用于测量机床加工时工件表面以下不同深度的温度值的方法

说明书

技术领域

本发明属于温度分布测量领域，更具体地，涉及一种用于测量机床加工时工件表面以下不同深度的温度值的方法。

背景技术

工件已加工表面完整性对零件的疲劳寿命、抗腐蚀性能、加工变形等有重要影响。而工件表面完整性的形成是由于加工时工件表层的力、热的耦合作用形成的，其中切削热对工件的影响不仅有热应力的作用，还会使金属工件产生相变，进而影响到残余应力、表面硬度等。所以获知层深的温度分布对研究工件表面完整性有重大意义。

车削加工广泛用于各种回转体的加工，如液压杆、传动轴、螺纹等(镗孔也可视为车削加工的一种)，通常这些回转体零件在工作时要承受剧烈的交变载荷，由于这些交变载荷容易在工件表面诱发微裂纹，最终导致零件疲劳破坏，所以对车削表面完整性要求较高，进而对车削工件层深的温度分布的测量提出更高要求。

车削加工时工件的温度是随着深度变化的，越靠近工件表面温度越高，越远离工件表面温度越低，通常温度影响层在0.2mm的深度范围之内，如何测量在如此浅的深度内温度的分布是目前的技术难题。目前常用的温度测试方法有热电偶法、光纤光栅法、红外成像法等。热电偶法测量温度值虽然较准确，但当要求测量距离热源很近的位置时，如距离工件表层0.1mm的深度范围之内，热电偶的测量头与热源的距离就很难精确定位，要用它来测量不同深度的温度就不可行。另外，由于热电偶在安装时要在工件上打孔，这会影响到温度在工件的分布，从而导致测量温度不是实际加工时 的温度。光纤光栅法也遇到同样的问题，即测量头安装的位置不可控、需要在工件打孔的问题。红外成像法是非接触式测量，其测量结果很大程度依赖于材料的发射率的标定，但材料的发射率又跟温度及工件的表面形貌有关，这种耦合作用使得它的测量精度大大降低。若在切削时加冷却液，红外测量法将不可行。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于测量机床加工时工件表面以下不同深度的温度值的方法，该方法可以测量机床加工时工件已加工表面下不同深度的温度值，可测的深度量程最小可达几十微米，而且温度值准确。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于测量机床加工时工件表面以下不同深度的温度值的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)剖开：沿工件的纵向或横向将工件剖开，形成两个待加工体，在每个待加工体上均加工出螺纹连接孔，再将每个待加工体上的剖面均加工至粗糙度Ra≤0.2μm，平面度

2)镀膜：在每个待加工体的剖面上划分出多个彼此平行的条形区域，然后在每个条形区域的整个区域内均均匀镀上一种熔点已知的薄膜，对于两个待加工体而言，它们之间处于同一位置的条形区域对应相同且所镀材料也相同，而且同一剖面上每个条形区域内的薄膜的材料各自不同；

3)紧固：将两个待加工件贴合在一起，再用螺栓装置穿过所述螺纹连接孔将两个待加工件连接紧固，从而形成加工件；

4)加工：设定包括切深、进给、切削速度、刀具种类和/或冷却条件在内的一系列切削参数，对加工件进行机床加工，使该加工件中的薄膜随着加工温度而相应发生熔化，并记录所有薄膜的熔化部分与不熔化部分之间所形成的分界线；

5)绘图：测量每种材料形成的薄膜上的分界线相对于工件表层的距离 也即其所在的深度，绘制温度-深度曲线图，由此完成工件表面以下不同深度的温度值的测量。

优选地，所述工件优选为譬如液压杆、传动轴或台柱的回转体结构；并且所述机床加工为车削方式。

优选地，当工件为回转体时，如果沿经过工件轴线的平面剖开工件，则步骤2)中镀膜前用螺钉穿过螺纹加工孔后将待加工件连接在一起重新加工成回转体，然后再拆掉螺钉，在每个剖面上镀膜。

优选地，在步骤4)中，优选通过对上述切削参数调整和搭配，相应可获得不同的机床加工条件，进而根据所绘制的曲线图来对进行切削参数进行优化配置。

优选地，步骤2)中每个剖面上镀的薄膜的厚度为200～300纳米。

优选地，步骤2)中采用物理气相沉积法、化学沉积法或电镀法镀膜。

优选地，步骤2)中镀膜前剖面先进行清洗，并且使用酒精擦拭多遍。

优选地，步骤2)中镀膜前还要制备多个掩膜，每个掩膜用于贴在待加工体剖面的一条形区域上；镀膜时将需镀膜的方形区域内的掩膜揭开，镀完后重新贴上掩膜，则可以在剖面上镀上不同材料的薄膜。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：