[发明专利]一种基于霍普金森压杆装置的模块化高速切削实验平台

说明书

本发明公开了一种基于霍普金森压杆装置的模块化高速切削实验平台，包括基座和高速摄像机；基座底板上设有安装孔；基座立板的一侧固定有刀架机构，在基座底板上、位于刀架机构的同侧设有工件运动方向控制机构；刀架机构包括固定在基座立板一侧的刀杆压盖，刀杆通过紧固螺栓固定在基座立板上，刀杆的前端安装刀片；工件运动方向控制机构包括轴承座，轴承座的顶部设有与轴孔贯通的轴向开口，轴孔内通过直线轴承装配有固定有工件的工件安装轴，轴承座的顶面沿轴孔的轴向设有刻度线；基座立板上设有通孔。本发明实验平台结构简单，可配合霍普金森压杆试验机方便快捷完成高速切削实验和高速切削快速落刀实验，不需要特殊设计的实验装置。

技术领域

本发明属于金属切削领域，特别是一种用于霍普金森压杆装置技术的高速切削实验平台。

背景技术

高速切削技术是近十几年来迅速崛起的一项先进制造技术，代表了现代加工技术的主流方向。高速切削加工技术具有加工效率高、切削力小、切屑带走大量热来不及传给工件使工件热变形小等特点。高切削速度和高进给速度，使机床的激振频率远高于“机床-工件-刀具”系统的固有频率，工件处于平稳加工状态，使零件获得较高的加工精度。所以高速切削加工日益广泛的应用到模具、航空航天和汽车工业等，并以取得了巨大的经济效益。高速切削机理是高速切削技术发展的基础，然而关于高速切削过程中的很多现象人们依然不知道本质原因，高速切削机理也不是很清楚，这严重制约了高速切削技术的发展和应用。对于高速切削加工切削速度是非常重要的切削参数，切削速度测量准确与否直接影响到切削机理的可信度。切屑根部形貌是研究金属切削塑性流动变形的重要研究依据，快速落刀实验方法是研究切屑根部瞬时塑性变形及切削机理的重要方法。能否在不改变切削速度的情况下使刀具切屑快速分离是研究切屑根部情况的关键；基于霍普金森压杆加载技术的实验装置常用于研究高速切削机理，但是无法做到根据研究需要任意更换刀具。综上所述需要一种准确测量切削速度、且能根据需要可实现快速落刀功能、可实现刀具几何参数变化的高速切削实验。

目前霍普金森压杆加载技术的高速切削实验装置很难准确获得刀具与工件的相对速度，现有的基于霍普金森压杆加载技术的高速切削实验大多是测量弹丸在加速身管出口处的速度，即在子弹出口处安装激光测速仪测量子弹飞出时瞬时速度，然后将切削过程看成稳态过程，所以将子弹速度认为是整个切削过程的切削速度，而切削过程并非稳态过程，切削开始至切削结束速度相差较大，对研究切削机理会产生较大误差；采用面面接触的滑道控制切削运动方向，滑道机构的摩擦为滑动摩擦；另外，目前基于霍普金森压杆加载技术的高速切削实验装置大多用于某种功能的专用装置，安装使用不方便，难以修改刀具几何参数(如刀具几何角度)或切削条件实现正交切削、斜角切削，不具有通用性，还需要专用的设计刀具和夹具，并非加工现场使用刀具，不具备根据需要改变刀具的前角、后角、刃倾角和刀具的切削功能。

快速落刀法是研究金属切削变形过程的实验方法，主要用凸轮机构或者弹簧机构实现快速落刀。但这种方法多用于机床上进行切削加工，霍普金森压杆试验机相对于机床研究高速切削机理有如下优点：易实现高速、便于观测切屑变形。但目前还无法在霍普金森试验机上实现高速切削快速落刀实验、且更换刀具不方便。

发明内容