[发明专利]适于含能材料切削加工的测温刀具

说明书

本发明公开了适于含能材料切削加工的测温刀具，包括标准刀片，金刚石刀头，测温仪和直流电源，所述标准刀片的刀尖部位安装有金刚石刀头，所述金刚石刀头上设有热电阻及热电偶，所述测温仪和直流电源分别与热电阻及热电偶逻辑连接。本发明立足含能材料现有成熟机械加工工艺，具有行业标准接口可与目前通用加工设备配合使用，无需外加危险源引入，能够在特种条件下对含能材料切削温度进行精确、快速测量，十分有利于PBX含能材料零件加工安全技术研究；同时，单晶金刚石刀具的优良切削性能对提升PBX复合材料的表面加工质量也很有益，这些都为实现此类工件的安全、优质和高效加工技术发展提供了新途径。

技术领域

本发明涉及含能材料机械加工技术领域，尤其涉及适于含能材料切削加工的测温刀具。

背景技术

高能炸药PBX(Polymer Bonded Explosives，高聚物粘结炸药)是一种综合性能优良的含能材料，作为各类重要战斗部的核心功能部件材料，广泛应用于陆、海、空和二炮各类武器系统之中。随着武器装备系统的快速发展，多种含能材料部件的精密机械加工需求也与日俱增，而机械加工安全性一直都是限制其工艺技术发展的关键。在含能材料工件切削加工过程中，由于粘结PBX材料的含能晶体粒度的不均匀性，其内部随机分布硬质点，当切到某个硬质点时，或由于切削变形和振动等原因，会突然产生大量的切削热而使工件出现瞬时高温脉冲，当这一瞬时高温超出一定的范围时，会引爆工件而发生重大恶性事故。因此快速而准确地测量含能材料加工时的动态切削温度对国防军工部门的安全、高效生产有重大的意义。此外，该材料因刚度和强度较低，热膨胀系数大，并具有一定的粘弹性，是一种非常特殊的非均质宏观同性微观各向异性的复合材料，仅采用传统刀具(高速钢、硬质合金等)完成产品精密加工的质量控制，仍然具有一定难度。鉴于此，针对含能材料机械加工需求，开发一款既能快速精确测量切削温度又能有效改善产品加工质量的专用刀具系统将十分有益。

目前，国内外广泛采用的切削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、金相组织观察法和光热辐射测温法等。对于含能材料切削而言，常用的切削温度测量方法由于受到传感器响应速度和切削条件等的限制，难以实现切削区瞬态温度的实时和准确测量。针对这一技术难题，大连理工大学的研究者们基于磁控溅射技术将薄膜热电偶集成于切削刀具中，研制了一种NiCr/NiSi薄膜热电偶测温刀具，可实现切削区瞬态温度测量，但成本高、技术复杂。2018年美国PANTEX厂和德克萨斯州立大学的研究者们，通过红外热像测温法和刀具梯度集成热电偶的方式完成了PBX9501含能材料的动态测温工作，所用测温刀具结构设计复杂且难以准确表征切削刃口区域的温升。同时，公开号为CN104942318B的中国专利公开了一种智能瞬态切削测温刀具、制作方法以及测温方法，在刀具表面涂镀薄膜热电偶并集成现场温度采集终端，用于实时采集切削温度数据，但其测温准确性受制于刀具基体，难以获得切削最高温度；公开号为CN105458312B的中国专利公开了一种微织构封装测温刀具，解决现有测温刀具传感器易发生磨损、脱落失效、降低刀具切削性能的问题，该发明结构简单、制作封装工艺易控制、具有较高的精度和较快的测温响应，对测温薄膜传感器进行有效保护的同时，不影响切削刀具的切削性能；公开号为CN106975984A的中国专利公开了一种基于薄膜热电偶的智能瞬态铣削测温刀具，通过采用先进的薄膜热电偶瞬态测温方法，结合自行设计的温度采集模块，实现温度数据的自动采集、自动处理、自动存储以及无线传输，适用于高速切削、薄壁件以及精密和超精密加工，具有响应速度快、测量精度高等优点，但结构复杂、成本较高，且系统可靠性有待提升。

因此，现有技术和发明报道对于解决含能材料机械加工中的精确测温问题仍存在以下不足：1)刀具接触式测温传感器集成形式不一，结构复杂，难于准确标定和重复制造；2)集成测温刀具响应速度和测量精度有待提升，特别是切削刃口部位温升区的准确测量；3)集成测温刀具的刀片质量不一，难于量化测算，且并非适用含能材料加工质量控制而设计。有关含能材料机械加工设备改进和新型技术的应用问题，现有各方面限制均存在着不同程度的推广难度。因此，立足含能材料现有成熟加工技术，设计研发一套安全可靠、简易实用、测量准确、响应迅速的测温刀具系统对解决该材料生产中的实际问题十分必要。