具有内置薄膜热电偶测量高温领域的金属切削过程切削刀具的发展.doc

薄膜热电偶切削刀具测量高温领域金属切削过程的发展 为了衡量温度场的过程中面临的工具切割，切割工具具有内置的热电偶薄膜（TFT）已制定。该TFT组成的镍和镍铬薄膜制备的前刀面附近的尖端烧结的氧化铝工具用物理气相沉积和光刻技术插入。一个经验公式显示塞贝克系数的TFT取决于电阻薄膜晶体管的电路成立。三种不同类型的工具，在数量和规模制定了TFT和温度场的前刀面在切割纯碳钢S45C测试。结果切割测温实验表明，设计工具具有内置的三个TFT可以测量温度场的工具表面并感觉到略有变化削减的情况。 关键词：切削温度，热电偶薄膜，塞贝克系数，物理气相沉积涂层 1导言 切削温度的影响对刀具磨损、刀具损坏的影响很大，如开裂、剥落的涂料层和形状精度不合格的加工产品[ 1 ] 。以致上述恶化不仅影响温度的巨变，而且巨大的温度梯度引起了严重的问题，每个工具表面的切削温度场应该被认知，以提高生产力和改善品质的机械产品。 工具/工件热电偶法[ 2 ]在车间似乎是最常见的和广泛使用的测量切削温度方法。然而，获得的温度这种方法的平均温度是在工具芯片接触区域的温度，而不是在磨损，断裂，扭曲和一些可预测的细节时身体的温度。虽然芯片/白金线热电偶[ 3,4 ]和薄膜传感器[ 5,6 ]被提议作为表面温度场测量的工具，但是迄今为止，在车间它还是难以应用这些方法直接限制工件、刀具材料，包括切削条件。 了为解决这一问题，作者设计了一种具有内置热电偶薄膜（ TFT ）来测量工具表面温度分布的刀具[ 7,8 ] 。这种新设计的工具可以适用于各种工件、刀具材料和各式的切削条件。本文提出了一种表面上具有镍和镍铬热电偶薄膜制备的烧结氧化铝工具。热电偶薄膜保护了铪氧化膜和氮化钛薄膜。为了转换成电热，经验公式中塞贝克系数的TFT ，取决于电阻的薄膜晶体管电路的设立。三种不同类型的工具，在数量和规模制定了TFT ，他们适用于切割普通碳钢S45C 。从其他地方获得的数据[ 3 ]综合了这项研究 ，在正常和摩擦的情况下最高切削温度超过1200 K的切削条件下对前刀面的强度分别可达1.0GPa和0.5Gpa 。即使在如此严重的状况该TFT还是略低于工具芯片接触面能够测量的温度。使用在内置有TFT的设计工具进行温度测量与模拟温度进行比较，对该方法的有效性进行评价。 2 刀具中插入带有内置热电偶薄膜 2.1制备热电偶薄膜。 刀具的本身是具有内置TFT插入的氧化铝陶瓷（烧结氧化铝） ，其平均直径的氧化铝微粒约1.0微米。对于TFT的前刀面的打造是套圈和抛光，表面粗糙度不到0.2微米.TFT电路组成的镍（ Ni ）和镍铬（镍铬20 ％ ）是采用直流磁控溅射和光刻技术的进程用来伪造前刀面。每个厚度的镍和镍20 ％的铬膜为0.5微米的厚度，热结点为1.0微米 。然后由射频磁控溅射薄膜晶体管电路的绝缘电沉积铪氧化氮（ HfOB2 ），厚度为6微米。最后对HfO2层进行直流反应磁控溅射，形成耐磨的氮化钛（氮化钛）涂层膜和保护层，厚度为3微米。每一层的沉积条件都列于表1 。 图1显示了三种之前存入了TiN薄膜的具有内置TFT的刀具，。因为HfO2薄膜是透明的，所以在薄膜晶体管电路的下HfO2层可以看出。 1型是单TFT，而2型和3型分别有两个或三个TFT。在每一个工具上TFT是编号为1 ， 2号， 3号的，从尖端所示，如图1（ b ） 。该终端的TFT电路通过一个断路器片和布线系统连接到测量装置，如显示图3和5 。所有路口的长度，沿热的最前沿是2.0毫米，而宽度的热交界处是750微米， 300微米，150微米分别为1号，2号，3号，除非另有说明。此外， TFT热结点为35微米的宽度。横断面面积TFTs2.2X10-5平方毫米到7.5X10-4平方毫米。电气终端电阻之间的TFT电路通常是30欧姆， 60欧姆， 100欧姆和160欧姆，TFT电路宽度分别为750微米，300微米 ，150微米和35微米 。 2.2温度测量原理和校准。 图2显示了热电回路的TFT的工具，前刀面， 由图可以看出 。 热电VTFT中Ni/Ni-20 ％ 铬的TFT取决于每一种材料组成电路的热电功率： 其中T0是室温， T1和T3在终端的薄膜晶体管电路的温度，T2是在炎热的交界处的温度。SA和SD是热电分别导向电线A和D。SB和SC是热电分别导向镍20 ％的铬和镍薄膜。当电线A和D是材料相同的，温度在左、右终端也是相同的，即SA=SD，T1 =T3，（ 1 ）重新安排如下： 图1三种具有内置TFTs类型的工具的发展。 （a） 全体三种类型的工具中的内置TFT（b- 1）类型1 ，（b- 2 ）类型2，（b- 3 ）类型3 ，和（ b ）放大查看周围路口的热点 通过标定试验后说明，证实热电的TF