本技術(shù)屬于機(jī)械加工中的材料測試技術(shù)及超聲輔助磨削加工，具體涉及一種高速下超聲輔助單顆粒劃擦實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

1、磨削是難加工材料及其零件的重要加工方式，但在傳統(tǒng)磨削加工過程中，一些硬質(zhì)合金因其高硬度、脆性大易導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重，粘結(jié)相軟黏易發(fā)生切屑粘附，造成加工表面質(zhì)量差、加工效率低等問題。

2、超聲輔助磨削技術(shù)是加工硬脆材料的一種有效方法，超聲輔助技術(shù)將超聲振動(dòng)疊加到材料去除過程中的復(fù)合加工方法，相較于普通磨削具有磨削力小、磨削溫度低、刀具壽命長等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被證實(shí)是加工硬質(zhì)材料的有效解決途徑之一。并且已有研究表明，超聲輔助磨削過程中，由于磨粒和工件高頻間歇性接觸，降低了磨削表面溫度和磨削力，并且能顯著提高材料去除效率和表面加工精度、抑制表面微裂紋擴(kuò)展。

3、磨削過程實(shí)質(zhì)上是通過砂輪表面布滿不規(guī)則排列且形狀各異的磨粒與工件表面相互作用，包括滑擦、耕犁和切削等方式，以達(dá)到去除材料的目的。由于磨粒數(shù)量眾多、形狀和位置具有隨機(jī)性等多種因素，使得研究磨削加工材料去除機(jī)理變得十分困難。為簡化研究，將復(fù)雜的磨削過程簡化為單個(gè)磨粒對材料表面的微觀切削作用，以便忽略其他磨粒的影響。單個(gè)磨粒劃擦實(shí)驗(yàn)成為研究復(fù)雜磨削作用的有效手段。

4、現(xiàn)階段單顆磨粒的劃擦主要有以下幾種形式，直線劃擦、楔形劃擦和球盤式劃擦。其中直線劃擦，劃擦速度較慢，并且是定切深，而楔形劃擦雖是變切深，但劃擦速度也比較慢。球盤式劃擦雖然速度可以達(dá)到與磨削相同的速度，但不能獲得變切深。故為了能更好的揭示高速下超聲輔助磨削去除機(jī)理，開展高速下超聲輔助單顆粒劃擦實(shí)驗(yàn)是非常有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高速下超聲輔助單顆粒劃擦實(shí)驗(yàn)裝置。

2、本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種高速下超聲輔助單顆粒劃擦實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：包括超聲刀柄、刀具夾具、刀具、試件夾具、試件底座及測力儀，所述刀具與所述刀具夾具固定連接，所述超聲刀柄固定安裝于所述刀具夾具頂端，所述超聲刀柄的頂端與機(jī)床主軸連接；所述測力儀固定安裝于機(jī)床工作臺(tái)上，所述測力儀上連接所述試件底座，所述試件底座上通過試件夾具安裝試件。

4、而且，所述刀具夾具的表面與所述試件夾具的端面均為同向傾斜設(shè)置，且傾斜角相同。

5、而且，所述刀具夾具上設(shè)置通孔，所述通孔內(nèi)穿裝所述刀具，所述刀具與通孔之間設(shè)置有墊片，所述刀具通過螺母固定。

6、而且，所述刀具夾具與超聲刀柄通過夾具頭固定連接。

7、而且，所述刀具夾具、試件底座及試件夾具均由鋁合金材料制成。

8、而且，所述刀具夾具及刀具均有金剛石材料制成。

9、而且，所述試件底座的端面傾斜度為1°。

10、而且，所述刀具夾具的端面傾斜度為1°。

11、而且，所述刀具的下端為圓錐形，且錐面錐度為60°。

12、本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：

13、1、本實(shí)用新型不再采用傳統(tǒng)的平直式劃擦，而是采用轉(zhuǎn)盤式即為工件不動(dòng)，刀具轉(zhuǎn)動(dòng)的方式，此種劃擦方式易于轉(zhuǎn)速高，動(dòng)平衡性比較好，并且一次劃擦實(shí)驗(yàn)可以完整的得到深度階梯型變化的劃痕，為后續(xù)的研究材料的塑、脆轉(zhuǎn)換點(diǎn)提供了實(shí)驗(yàn)方法。

14、2、本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了單顆粒金剛石磨粒能夠達(dá)到磨削所要求的速度下進(jìn)行劃擦，從而可以將采集的相關(guān)數(shù)據(jù)用于磨削加工中材料去除機(jī)理的研究。

15、3、本實(shí)用新型刀具夾具的表面與所述試件夾具的端面均為同向傾斜設(shè)置，且傾斜角相同，使得刀具能夠以一定的角度達(dá)到垂直于試件進(jìn)行劃擦并且可以實(shí)現(xiàn)漸深劃擦。

16、4、本實(shí)用新型刀具夾具上設(shè)置通孔，所述通孔內(nèi)穿裝所述刀具，所述刀具與通孔之間設(shè)置有墊片，所述刀具通過螺母固定，保證刀具與刀具夾具緊密配合。

17、5、本實(shí)用新型刀具夾具與超聲刀柄通過夾具頭固定連接，保證超聲振動(dòng)的傳輸。

技術(shù)特征：

1.一種高速下超聲輔助單顆粒劃擦實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：包括超聲刀柄(1)、刀具夾具(2)、刀具(3)、試件夾具(5)、試件底座(6)及測力儀(7)，所述刀具(3)與所述刀具夾具(2)固定連接，所述超聲刀柄(1)固定安裝于所述刀具夾具(2)頂端，所述超聲刀柄(1)的頂端與機(jī)床主軸連接；所述測力儀(7)固定安裝于機(jī)床工作臺(tái)上，所述測力儀(7)上連接所述試件底座(6)，所述試件底座(6)上通過試件夾具(5)安裝試件(4)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速下超聲輔助單顆粒劃擦實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述刀具夾具(2)的表面與所述試件夾具(5)的端面均為同向傾斜設(shè)置，且傾斜角相同。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速下超聲輔助單顆粒劃擦實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述刀具夾具(2)上設(shè)置通孔，所述通孔內(nèi)穿裝所述刀具(3)，所述刀具(3)與通孔之間設(shè)置有墊片(8)，所述刀具(3)通過螺母固定。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速下超聲輔助單顆粒劃擦實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述刀具夾具(2)與超聲刀柄(1)通過夾具頭(9)固定連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速下超聲輔助單顆粒劃擦實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述刀具夾具(2)、試件底座(6)及試件夾具(5)均由鋁合金材料制成。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速下超聲輔助單顆粒劃擦實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述刀具夾具(2)及刀具(3)均有金剛石材料制成。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速下超聲輔助單顆粒劃擦實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述試件底座(6)的端面傾斜度為1°。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速下超聲輔助單顆粒劃擦實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述刀具夾具(2)的端面傾斜度為1°。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速下超聲輔助單顆粒劃擦實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述刀具(3)的下端為圓錐形，且錐面錐度為60°。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)涉及一種高速下超聲輔助單顆粒劃擦實(shí)驗(yàn)裝置，包括超聲刀柄、刀具夾具、刀具、試件夾具、試件底座及測力儀，所述刀具與所述刀具夾具固定連接，所述超聲刀柄固定安裝于所述刀具夾具頂端，所述超聲刀柄的頂端與機(jī)床主軸連接；所述測力儀固定安裝于機(jī)床工作臺(tái)上，所述測力儀上連接所述試件底座，所述試件底座上通過試件夾具安裝試件。本技術(shù)不再采用傳統(tǒng)的平直式劃擦，而是采用轉(zhuǎn)盤式即為工件不動(dòng)，刀具轉(zhuǎn)動(dòng)的方式，此種劃擦方式易于轉(zhuǎn)速高，動(dòng)平衡性比較好，并且一次劃擦實(shí)驗(yàn)可以完整的得到深度階梯型變化的劃痕，為后續(xù)的研究材料的塑、脆轉(zhuǎn)換點(diǎn)提供了實(shí)驗(yàn)方法。

技術(shù)研發(fā)人員：李沖,靳剛,王志強(qiáng),鄧曉帆,李占杰,張鑫,羅紹坤,邊奕溥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)（中國職業(yè)培訓(xùn)指導(dǎo)教師進(jìn)修中心）
技術(shù)研發(fā)日：20240606
技術(shù)公布日：2025/5/15