用于PTFE切削加工的瞬态测温刀具及其使用方法技术

本发明专利技术公开了用于PTFE切削加工的瞬态测温刀具及其使用方法，刀具包括金刚石刀头、刀具座和热电偶点阵；金刚石刀头固定在刀具座上开设的安装槽上；热电偶点阵装配在刀具座上的安装槽上，且位于刀具座与金刚石刀头的间隙中。本发明专利技术可以应用于PTFE材料瞬态切削温度的测量，通过在刀具座上的安装槽表面安装多个薄膜热电偶，通过在金刚石刀头表面和刀具座表面制备绝缘导热膜，实现对金刚石刀头加工时的温度进行实时监测，且薄膜式的传感器具有热容量小、体积小、响应速度快，能捕捉瞬时微量温度的变化的优点；通过在刀具座上安装薄膜热电偶替换在刀头上安装薄膜热电偶，避免了薄膜热电偶随刀头磨损而损坏，提高薄膜热电偶的工作效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
用于PTFE切削加工的瞬态测温刀具及其使用方法


[0001]本专利技术属于PTFE切削
，具体涉及用于PTFE切削加工的瞬态测温刀具及其使用方法。

技术介绍

[0002]PTFE(聚四氟乙烯)，是由四氟乙烯聚合而成的高分子化合物，由于其具有良好的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不沾性、电绝缘性和良好的抗老化耐力等特性，在石油化工、电子电气、军工、航空、机械等多领域得以广泛应用。在现代机械加工中，PTFE的切削加工可在常用的金属切削机床上进行，但与金属材料加工工艺相比，针对PTFE材料性能特点的PTFE的加工规范性尚未完善，如可切削性、切削规律、刀具结构和切削量均与金属材料的加工有所不同，采用传统的加工工艺，往往很难达到产品的设计精度要求，且伴随着PTFE切削加工精度要求不断提高和加工对象的进一步复杂化，对PTFE加工过程中切削热的瞬时测量显得更加重要。
[0003]切削热主要集中在刀具刀尖处且温度变化快，温度来不及传导造成刀具刀尖温度迅速升高，为避免瞬间高温加剧刀具磨损、对己加工表面造成损伤，应及时测量切削区域温度变化并实时反馈。而由于这一过程时间短、温度集中，较难检测。目前常用的切削温度测量方法主要有热电偶法、热辐射法、光辐射法、涂色法等，其中热电偶是最为准确的测量方法。但现有的热电偶测量方法只是在刀具表面贴一个热电偶，不能全面反映刀具加工面在加工时的温度分布，并且单一的薄膜热电偶在高速、高强度加工时会随刀具磨损而磨损，磨损后就会造成测量精度下降等问题。
[0004]在对PTFE材料进行高速、精密、超精密加工，尤其在切削加工处理时，切削区域温度分布情况尚不明确，相关技术人员投入的研究也甚少。因此有必要专门针对PTFE材料开发一种基于热电偶的在切削加工时准确测量切削区域温度分布的测量单元，这将有益于对PTFE材料的切削加工特点及其改善措施进行研究探讨。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种用于PTFE切削加工的瞬态测温刀具及其使用方法。
[0006]本专利技术采用的具体方案如下：
[0007]本专利技术用于PTFE切削加工的瞬态测温刀具，包括金刚石刀头、刀具座和热电偶点阵；所述金刚石刀头固定在刀具座上开设的安装槽上；所述热电偶点阵装配在刀具座上的安装槽上，且位于刀具座与金刚石刀头的间隙中；所述的金刚石刀头表面与刀具座表面均浸涂有绝缘导热膜；所述的热电偶点阵包括十个薄膜热电偶；两个薄膜热电偶R6和R7固定在刀具座安装槽底面上；五个薄膜热电偶R1、R2、R3、R4和R5固定在刀具座的一个侧面上；三个薄膜热电偶R8、R9和R
10
固定在刀具座另一个侧面的金属片上；所述的金属片与刀具座固定或一体成型；刀具座同一个侧面上的相邻薄膜热电偶相互平行且间距设置；十个薄膜热电偶
均与固定于转刀架内部的温度控制模块连接。
[0008]薄膜热电偶由In2O3热电极薄膜、SnO2与In2O3混合热电极薄膜和绝缘导热膜组成；所述In2O3热电极薄膜和SnO2与In2O3混合热电极薄膜均沉积在刀具座的绝缘导热膜上，且两种薄膜一端相互接触形成热接点；所述的In2O3热电极薄膜上和SnO2与In2O3混合热电极薄膜上均有焊接点，焊接点上连接有SnO2导线或In2O3导线。
[0009]所述的温度控制模块包括信号放大器和CPU；与十个薄膜热电偶相连的SnO2导线或In2O3导线均与信号放大器连接，信号放大器与CPU连接。
[0010]优选地，所述的金刚石刀头表面和刀具座表面绝缘导热膜的制备过程，具体如下：
[0011]对金刚石刀头表面和刀具座表面抛光，使用超声波清洗机超声清洗十分钟，清洗结束后烘干十分钟，清洗和烘干的过程重复三次；将清洗、烘干完成的金刚石刀头和刀具座完全浸没于浓度不低于76％的聚硅氮烷涂料中，金刚石刀头浸没时间在三小时以上，刀具座浸没时间在二十小时以上；浸没完成后将金刚石刀头和刀具座取出置于室温下冷却；对金刚石刀头表面和刀具座表面上多余的聚硅氮烷涂料进行清除，再对金刚石刀头烘烤三十分钟以上，对刀具座烘烤一小时以上，烘烤温度为230℃以上；烘烤结束后将金刚石刀头和刀具座取出置于室温下冷却，其中，金刚石刀头冷却时间为一小时以上，刀具座冷却时间为二十小时以上。
[0012]优选地，位于金刚石刀头表面的绝缘导热膜的导热系数不低于150W/(m
·
℃)，击穿场强不低于25.6kV/mm，厚度不小于10μm；位于刀具座表面的绝缘导热膜的导热系数不低于175W/(m
·
℃)，击穿场强不低于27.4kV/mm，厚度不低于10μm。
[0013]优选地，所述的薄膜热电偶的制备方法，具体如下：
[0014]将镀有绝缘导热膜的刀具座放置在多靶磁控溅射镀膜系统中，在刀具座表面绝缘导热膜上均匀涂抹In2O3靶材涂料，在指定位置盖上T型不锈钢掩膜；将刀具座固定在真空腔内；调节真空腔内温度至300℃，并将真空腔内压强调至4.2
×
10
‑4Pa；然后，向真空腔内通入纯度为99.999％的氩气，开启微波源，调节磁场电源，设定溅射功率在180w～230w之间后，开始镀膜，镀膜时间为三小时；镀膜结束后将刀具座取出置于真空室内冷却，冷却时间在三小时以上；完成镀膜后获得In2O3热电极薄膜；在道具座表面绝缘导热膜上均匀涂抹In2O3和SnO2混合的靶材涂料，在In2O3热电极薄膜旁盖上另一个T型不锈钢掩膜；再对刀具座表面进行镀膜；镀膜完成后得到SnO2与In2O3混合热电极薄膜；In2O3热电极薄膜与SnO2和In2O3混合热电极薄膜相互接触的部分构成热接点；在In2O3热电极薄膜和SnO2与In2O3混合热电极薄膜上远离热接点一端上均通过导电胶与SnO2导线或In2O3导线固定连接；接着，将连接有SnO2导线或In2O3导线的刀具座进行烘烤，烘烤时间为10
‑
15分钟，烘烤温度为100
‑
150℃之间；烘烤结束后，导电胶凝固形成焊接点；当金刚石刀头安装在刀具座上的安装槽上时，金刚石刀头表面的绝缘导热膜、刀具座上的In2O3热电极薄膜、刀具座上的SnO2与In2O3混合热电极薄膜和刀具座上的绝缘导热膜共同构成一个完整的薄膜热电偶。
[0015]优选地，每个薄膜热电偶靠近刀尖的一端与刀具座边缘的距离为1mm；其中，R1上端面到刀具座安装槽底面的距离为7.8mm，R2上端面到刀具座安装槽底面的距离为6.3mm，R3上端面到刀具座安装槽底面的距离为4.8mm，R4上端面到刀具座安装槽底面的距离为3.3mm，R5上端面到刀具座安装槽底面的距离为1.8mm；R8上端面到刀具座安装槽底面的距离为7.4mm，R9上端面到刀具座安装槽底面的距离为5.4mm，R
10
上端面到刀具座安装槽底面的
距离为3.4mm；R6和R7关于金刚石刀头1的长对角线对称分布在刀具座安装槽底面上。
[0016]优选地，所述的金刚石刀头侧面固定有冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于PTFE切削加工的瞬态测温刀具，包括金刚石刀头和刀具座，其特征在于：还包括热电偶点阵；所述金刚石刀头固定在刀具座上开设的安装槽上；所述热电偶点阵装配在刀具座上的安装槽上，且位于刀具座与金刚石刀头的间隙中；所述的金刚石刀头表面与刀具座表面均浸涂有绝缘导热膜；所述的热电偶点阵包括十个薄膜热电偶；两个薄膜热电偶R6和R7固定在刀具座安装槽底面上；五个薄膜热电偶R1、R2、R3、R4和R5固定在刀具座的一个侧面上；三个薄膜热电偶R8、R9和R
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固定在刀具座另一个侧面的金属片上；所述的金属片与刀具座固定或一体成型；刀具座同一个侧面上的相邻薄膜热电偶相互平行且间距设置；十个薄膜热电偶均与固定于转刀架内部的温度控制模块连接；薄膜热电偶由In2O3热电极薄膜、SnO2与In2O3混合热电极薄膜和绝缘导热膜组成；所述In2O3热电极薄膜和SnO2与In2O3混合热电极薄膜均沉积在刀具座的绝缘导热膜上，且两种薄膜一端相互接触形成热接点；所述的In2O3热电极薄膜上和SnO2与In2O3混合热电极薄膜上均有焊接点，焊接点上连接有SnO2导线或In2O3导线；所述的温度控制模块包括信号放大器和CPU；与十个薄膜热电偶相连的SnO2导线或In2O3导线均与信号放大器连接，信号放大器与CPU连接。2.根据权利要求1所述的用于PTFE切削加工的瞬态测温刀具，其特征在于：所述的金刚石刀头表面和刀具座表面绝缘导热膜的制备过程，具体如下：对金刚石刀头表面和刀具座表面抛光，使用超声波清洗机超声清洗十分钟，清洗结束后烘干十分钟，清洗和烘干的过程重复三次；将清洗、烘干完成的金刚石刀头和刀具座完全浸没于浓度不低于76％的聚硅氮烷涂料中，金刚石刀头浸没时间在三小时以上，刀具座浸没时间在二十小时以上；浸没完成后将金刚石刀头和刀具座取出置于室温下冷却；对金刚石刀头表面和刀具座表面上多余的聚硅氮烷涂料进行清除，再对金刚石刀头烘烤三十分钟以上，对刀具座烘烤一小时以上，烘烤温度为230℃以上；烘烤结束后将金刚石刀头和刀具座取出置于室温下冷却，其中，金刚石刀头冷却时间为一小时以上，刀具座冷却时间为二十小时以上。3.根据权利要求1所述的用于PTFE切削加工的瞬态测温刀具，其特征在于：位于金刚石刀头表面的绝缘导热膜的导热系数不低于150W/(m
·
℃)，击穿场强不低于25.6kV/mm，厚度不小于10μm；位于刀具座表面的绝缘导热膜的导热系数不低于175W/(m
·
℃)，击穿场强不低于27.4kV/mm，厚度不低于10μm。4.根据权利要求1所述的用于PTFE切削加工的瞬态测温刀具，其特征在于：所述的薄膜热电偶的制备方法，具体如下：将镀有绝缘导热膜的刀具座放置在多靶磁控溅射镀膜系统中，在刀具座表面绝缘导热膜上均匀涂抹In2O3靶材涂料，在指定位置盖上T型不锈钢掩膜；将刀具座固定在真空腔内；调节真空腔内温度至300℃，并将真空腔内压强调至4.2
×
10
‑4Pa；然后，向真空腔内通入纯度为99.999％的氩气，开启微波源，调节磁场电源，设定溅射功率在180w～230w之间后，开始镀膜，镀膜时间为三小时；镀膜结束后将刀具座取出置于真空室内冷却，冷却时间在三小时以上；完成镀膜后获得In2O3热电极薄膜；在道具座表面绝缘导热膜上均匀涂抹In2O3和SnO2混合的靶材涂料，在In2O3热电极薄膜旁盖上另一个T型不锈钢掩膜；再对刀具座表面进行镀膜；镀膜完成后得到SnO2与In2O3混合热电极薄膜；In2O3热电极薄膜与SnO2和In2O3混合热电极薄膜相互接触的部分构成热接点；在In2O3热电极薄膜和SnO2与In2O3混合热电极薄膜
上远离热接点一端上均通过导电胶与SnO2导线或In2O3导线固定连接；接着，将连接有SnO2导线或In2O3导线的刀具座进行烘烤，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何利华，王昱晨，何琪，袁选成，方志余，侯宏涛，陆渲博，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：