本发明专利技术公开了一种基于霍普金森压杆加载技术的高速约束切削实验装置，包括：Hopkinson压杆动力加载机构，用于推动子弹以预定的速度沿预定的轨道运动；激光测速机构，用于测量子弹撞击约束切削机构前的运动速度；约束切削机构，用于对待加工的工件进行不同塑性变形程度的约束切削；约束切削滑道机构，用于给定约束切削的速度方向；固定机构，用于固定待加工的工件；切削停止机构，用于停止约束切削过程。通过调节Hopkinson压杆的轻气枪压力大小和子弹在加速身管的初始位置来获得不同的切削速度，再通过调节约束切削机构中刀具与约束装置之间的间距可以获得不同的塑性变形程度，利用该装置可以研究材料在不同应变率和不同塑性变形程度下，材料内部微结构演化规律。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术用于纳米材料制备领域,尤指一种基于霍普金森(Hopkinson)压杆加载技术的高速约束切削实验装置。
技术介绍
材料在严重塑性变形条件下，材料内部晶粒能够得到细化，甚至可以产生超细晶粒或者纳米晶粒；这种超细晶粒或者纳米晶粒材料具有许多优异的力学性能，如:闻强度、高断裂韧性和提高塑性等。塑性变形程度直接影响着材料晶粒细化程度，进而影响材料的力学性能。为了得到应用于不同工况下的具有不同力学性能的材料，就要求弄清塑性变形程度是如何影响材料微观组织结构的，进而如何影响材料力学性能的。目前，关于塑性变形程度在材料的微结构演化中扮演的角色还不清楚，这严重制约了超细晶粒或者纳米晶粒材料的发展。为了更好地理解塑性变形程度在超细晶粒或者纳米晶粒材料生产中的作用，急需发展有效的实验手段来研究材料在不同塑性变形程度下的微结构演化规律。传统的严重塑性变形方法有等通道挤压、高压扭转、累积轧合和往复挤压。这些严重塑性变形方法需要多次塑性变形过程才能在材料内部产生大的塑性变形；对于一些高强度和高硬度的材料，不能利用这些传统的严重塑性变形方法在室温下对材料产生严重塑性变形。自由切削作为一种产生严重塑性变形的方法，能够在一次变形过程中产生严重塑性变形。自由切削实验主要是在车床上展开的，由于车床上切削速度较小，不能进行研究材料在高应变率条件下的微结构演化规律。自由切削无法有效地切削过程中的塑性变形程度进行控制。因此，车床上的自由切削装置无法用来研究材料在高应变率和不同塑性变形程度下的微结构演化规律。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于霍普金森压杆加载技术的高速约束切削实验装置，能够实现高应变率和不同塑性变形程度下的约束切削实验。为了实现上述目的，本专利技术的一种基于霍普金森压杆加载技术的高速约束切削实验装置包括:Hopkinson压杆动力加载机构,用于推动子弹以预定的速度沿预定的轨道运动；激光测速机构，用于测量子弹撞击约束切削机构前的运动速度；约束切削机构，用于对待加工的工件进行不同塑性变形程度的约束切削；约束切削滑道机构，用于给定约束切削的速度方向；固定机构，用于固定待加工的工件；切削停止机构，用于停止约束切削过程；其中，Hopkinson压杆动力加载机构、激光测速机构、约束切削机构、约束切削滑道机构、固定机构和切削停止机构沿一轴线依次排开。进一步,所述的Hopkinson压杆动力加载机构包括轻气枪和加速身管,轻气枪与加速身管相连。进一步，所述的激光测速机构包括激光触发器和时间显示器。进一步，所述的子弹安装于所述的加速身管内，经过轻气枪加载推动子弹在所述加速身管中加速并达到预定的飞行速度，最后从所述加速身管出口发射出去；在所述的激光测速机构处测出子弹撞击约束切削机构前的速度。进一步，所述的约束切削机构包括刀具、约束装置和约束厚度垫片；刀具、约束装置和约束厚度垫片固定在切削支座上。进一步，所述的约束切削滑道机构包括切削支座和切削滑道；子弹撞击切削支座带动刀具沿着切削滑道方向约束切削待加工的工件。进一步，所述的固定机构上安装一个待加工的工件，根据所需的切削深度来调节待加工工件的位置。进一步，根据所述轻气枪的气压大小和子弹在加速身管中的初始位置调整所述切削机构的约束切削速度。进一步，根据所述的约束厚度垫片的厚度大小来调整约束切削的塑性变形程度。进一步，所述的切削停止机构包括切削尾座和切削支座；切削尾座撞击切削滑道后，就随同切削支座一起停止运动，以达到对约束切削过程的终止。进一步，所述的固定机构上还设置有用于观测工件约束切削过程的摄像系统。进一步，所述的刀具、待加工工件和固定机构上设置有用于检测约束切削过程中的切削力和切削温度的传感器。本专利技术具有以下优点:I)通过调节轻气枪的气压大小和子弹的初始位置可以获得f 30m/s的切削速度范围，能够实现高应变率下约束切削实验。2)通过调节约束厚度垫片的厚度大小来调整约束切削过程的塑性变形程度，实现不同的约束切削塑性变形程度。3)当约束厚度垫片的厚度足够大时，约束装置对切屑的形成无影响，即可以实现高速自由切削实验。4)整个过程速度快、历时短，加之冲击能量远大于切削所需能量，约束切削过程可视为稳态过程。5)本实验装置可通过安装闻速摄像装置捕获闻速约束切削的瞬态图像。6)本专利技术安全可靠，可在刀具和工件及夹持装置上安装传感器，有利于高速切削过程中切削力和切削温度等参数的测试。附图说明图1为约束切削装置示意图；图2为图1中A部分的局部放大示意图；图3为图1的俯视图；图4为图1的正视图。图中主要元件说明:1、轻气枪；2、加速身管；3、固定支座；4、子弹；5、激光测速器；6、高精度升降台；7、切削尾座；8、切削支座；9、切削滑道；10、工件夹持装置；11、刀具固定装置；12、刀具；13、约束装置；14、约束厚度垫片；15、高精度定位装置；16、工件。具体实施例方式本专利技术的一种基于霍普金森(Hopkinson)压杆加载技术的高速约束切削实验装置，包括=Hopkinson压杆动力加载机构、激光测速机构、约束切削机构、约束切削滑道机构、固定机构和切削停止机构。Hopkinson压杆动力加载机构,用于推动子弹以预定的速度沿预定的轨道运动；激光测速机构，用于测量子弹撞击约束切削机构前的运动速度；约束切削机构，用于对待加工的工件进行不同塑性变形程度的约束切削；约束切削滑道机构，用于给定约束切削的速度方向；固定机构，用于固定待加工的工件；切削停止机构，用于停止约束切削过程。其中，Hopkinson压杆动力加载机构、激光测速机构、约束切削机构、约束切削滑道机构、固定机构和切削停止机构沿一轴线依次排开。在本专利技术中，Hopkinson压杆动力加载机构包括轻气枪和加速身管，轻气枪与加速身管相连，通过调节轻气枪的气压大小和子弹的初始位置可以获得f30m/s的切削速度范围；约束切削机构包括刀具、约束装置和约束厚度垫片，刀具、约束装置和约束厚度垫片固定在切削支座上，通过调节约束厚度垫片的厚度大小来调整约束切削过程的塑性变形程度，实现不同的约束切削塑性变形程度。下面结合附图进一步对本专利技术的各个机构进行说明。如图1、2、3、4所示，本专利技术的整个实验装置基于Hopkinson压杆加载技术搭建，主要包括可提供撞击速度达30m/s的轻气枪1，口径14mm和长2m的加速身管2，子弹4，激光测速器5，刀具12，约束装置13，约束厚度垫片14，工件高精度定位装置15和工件16。轻气枪I和加速身管2相连，实验中调节轻气枪I内气压的大小和子弹在加速身管2中的初始位置来控制约束切削的速度大小。子弹4可以在加速身管2中自由的滑动，通过轻气枪I发射子弹4，子弹4沿着加速身管加速运行，穿过激光测速器5测出子弹4撞击约束切削装置前的速度大小。为了防止约束切削装置在切削材料过程中晃动，设置了一个切削滑道9，子弹4撞击约束切削底座7后，带动切削支座8在切削滑道中运动，并且最终推动刀具12对工件材料16进行约束切削操作。切削滑道9的高低可以通过高精度升降台6来调节，使得加速身管2和约束切削装置在同一轴线上。调节刀具12和约束装置13之间的间隙大小，即调整约束厚度垫片14的厚度大小，可以实现不同塑性变形程度的约束切削实验。刀具12、约本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于霍普金森压杆加载技术的高速约束切削实验装置，其特征在于，包括：Hopkinson压杆动力加载机构，用于推动子弹以预定的速度沿预定的轨道运动；激光测速机构，用于测量子弹撞击约束切削机构前的运动速度；约束切削机构，用于对待加工的工件进行不同塑性变形程度的约束切削；约束切削滑道机构，用于给定约束切削的速度方向；固定机构，用于固定待加工的工件；切削停止机构，用于停止约束切削过程；其中，Hopkinson压杆动力加载机构、激光测速机构、约束切削机构、约束切削滑道机构、固定机构和切削停止机构沿一轴线依次排开。
【技术特征摘要】
1.一种基于霍普金森压杆加载技术的高速约束切削实验装置，其特征在于，包括: Hopkinson压杆动力加载机构,用于推动子弹以预定的速度沿预定的轨道运动； 激光测速机构，用于测量子弹撞击约束切削机构前的运动速度； 约束切削机构，用于对待加工的工件进行不同塑性变形程度的约束切削； 约束切削滑道机构，用于给定约束切削的速度方向； 固定机构，用于固定待加工的工件； 切削停止机构，用于停止约束切削过程； 其中，Hopkinson压杆动力加载机构、激光测速机构、约束切削机构、约束切削滑道机构、固定机构和切削停止机构沿一轴线依次排开。2.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述的Hopkinson压杆动力加载机构包括轻气枪和加速身管，轻气枪与加速身管相连。3.如权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述的激光测速机构包括激光触发器和时间显示器。4.如权利要求3所述的实验装置，其特征在于，所述的子弹安装于所述的加速身管内，经过轻气枪加载推动子弹在所述加速身管中加速并达到预定的飞行速度，最后...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴兰宏，蔡松林，叶贵根，蒋敏强，张虎生，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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