[发明专利]一种热敏/结构材料复合叠层测温刀具及其制备方法

说明书

本发明公开了一种热敏/结构材料复合叠层测温刀具及其制备方法，属于切削刀具制备技术领域。所述热敏/结构材料复合叠层测温刀具为由结构材料和热敏材料组成的叠层结构，所述热敏材料为热敏陶瓷xY₂O₃‑yLaCrO₃，其中0.4≤x≤0.7，x+y＝1，x和y均为摩尔数；所述结构材料为金属陶瓷。所述热敏/结构材料复合叠层测温刀具集切削功能和测温功能于一体，可在切削的同时实现切削温度测量。本发明的热敏/结构材料复合叠层测温刀具，热敏陶瓷与结构陶瓷界面结合良好，保证了切削性能(力学性能)和测温性能的完美结合，使刀具的性能更加稳定。

技术领域

本发明属于切削刀具制备技术领域，具体涉及一种热敏/结构材料复合叠层测温刀具及其制备方法。

背景技术

智能切削技术是智能化制造的基础性技术，也是实现智能化制造的关键技术。智能切削过程中的信息感知，特别是切削过程中的力-热-变形的在线感知是实现复杂零件高质量制造的关键。

金属切削过程中产生大量的热，对零件加工质量和刀具寿命产生重要的影响。高温合金和钛合金等难加工材料在切削区产生的局部高温使工件产生亚表面损伤和尺寸偏差。切削温度对薄壁件和以惯性器件、光学曲面构件为代表的精密/超精密加工精度的影响更为显著。由热变形引起的加工误差已占到加工误差总量的40％～70％。可见，切削过程中切削区温度场的实时准确获取对在线调整加工参数、预测刀具磨损和保证加工质量具有重要的指导作用。

刀具作为切削加工的直接参与者，除了具备良好的切削性能还应具备测温功能。目前测温刀具主要有以下几种：在刀具上嵌入热电偶，利用热电偶测温；在刀具前刀面集成微型阵列传感器，利用刀具本身作为热电偶一极；在刀具表面嵌入微尺度薄膜热电偶阵列对切削温度进行测量；利用直流脉冲磁控溅射技术将NiCr-NiSi薄膜热电偶嵌入刀具后刀面刀尖位置，实现测温功能；利用激光在刀具表面产生微织构，将薄膜热电偶嵌入微织构中实现测温。

综上可知，现有测温刀具多是将热电偶或薄膜传感器嵌入或粘贴在刀具切削刃附近，实现对切削温度的监测。但是，这些测温刀具存在多方面不足：热电偶传感器测量瞬态温度响应速度不足；将测温传感器设置在切削区易产生磨损及破坏，影响测量精度；刀片进行特殊处理，制作过程复杂，可以满足实验室研究需求，但实现工程应用存在较大难度。因此，开发一种响应速度快、测量精度高、制造工艺简单高效，可实现批量生产的测温刀具是本领域技术人员亟待解决的难题。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种热敏/结构材料复合叠层测温刀具及其制备方法。本发明通过原料及制备方法的调整制备得到的热敏/结构材料复合叠层测温刀具，测温灵敏度高；并且本发明的制造工艺简单高效，可以实现批量生产。

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

本发明的技术方案之一，一种热敏/结构材料复合叠层测温刀具，所述热敏/结构材料复合叠层测温刀具为由结构材料和热敏材料组成的叠层结构，所述热敏材料为热敏陶瓷xY₂O₃-yLaCrO₃，其中0.4≤x≤0.7，x+y＝1，x和y均为摩尔数。

进一步地，所述热敏/结构材料复合叠层测温刀具是由一层结构材料层和一层热敏陶瓷层组成的两层叠层结构，或是由中间为热敏陶瓷层两侧为结构材料层组成的三层叠层结构。

进一步地，所述热敏陶瓷层的厚度为0.5～1.5mm。

进一步地，所述热敏/结构复合叠层测温刀具的整体厚度为6mm。