Page 113 - 《应用声学》2020年第4期

第 39 卷 第 4 期 吴海勇： 单颗金刚石切削无氧铜的声发射关联维特征 599

法，能较好反映出动力学系统分形结构的不规则度
0 引言
和复杂程度，在监测金属加工形貌特征描述 [15−16]
无氧铜是一种高纯度、高电导性和高延展性的 及声发射信号分析 [17−18] 等领域有着广泛应用。然
重要工业金属材料，在真空电子器件、电缆电线、电 而，无氧铜在不同切削参数工况下的声发射信号关
机制造等电子电力领域有着广泛应用。利用金刚石 联维数特征尚未有相关报道。
工具可实现无氧铜的精密和超精密加工 [1−2] ，这主 基于上述分析，本文跟踪监测单颗金刚石旋转
要是因为切削无氧铜过程中，金刚石工具的机械磨 切削无氧铜过程的声发射信号，分析不同切削工况
损量甚微 [3−5] ，并且金刚石与无氧铜的亲和性差， 下的声发射时域信号，采用 G-P 算法分析计算声发
不产生化学磨损 [6−7] ，金刚石工具的磨损基本上不 射信号的关联维数特征，旨在为无氧铜切削机理提
会影响到无氧铜的表面加工质量。 供理论参考。
声发射技术是无氧铜切削加工特征监测和评
价的主要方法之一 [8−9] ，可用于评价切削加工过程 1 试验条件及方法
中工件塑性变形和裂纹变化等特性 [10−12] ，通过对
切削加工过程中声发射信号的特征参数、频谱和功 试验在 Planomat HP-480 高速精密平面磨床
率谱等特征参量的分析和对比，可实现对无氧铜切 上开展，见图1。单颗金刚石工具通过螺纹连接安装
削加工过程特征的监测和评价 [13] 。 固定在铝盘基体 (ϕ360 mm×50 mm) 上，主轴带动
根据文献显示，无氧铜切削过程的声发射时域 铝盘基体和单颗金刚石工具以一定切削速度旋转
信号属于非线性一维时间序列函数 [5,7−8,14] ，具有 切削无氧铜，无氧铜通过夹具安装固定在磁力吸盘
标度不变性的分形结构特征，可利用混沌分形理论 工作台上，并随工作台作横向进给运动。声发射传
对无氧铜切削过程的声发射信号进行分析，其中分 感器安装在夹具侧边，通过信号放大器和采集卡收
形维数法是混沌分形理论中的一种重要分析方法， 集、提取和处理分析声发射信号。
可以应用于解析混沌吸引子自相似性特征和定量 采用 Element Six 公司 SDB1125 磨料级金刚
描述非线性系统动力学行为。在分形维数法中，基 石，磨粒平均粒径为 0.725 mm；利用 NiCrBSi 钎
于 Grassberger-Procaccia(G-P) 算法的关联维数是 料制备钎焊单颗金刚石磨粒工具。试验所采用的无
用于计算非线性时间序列数据的一种常见重要方 氧铜物理机械性能如表1所示。

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图 1 单颗金刚石切削无氧铜试验装置图
Fig. 1 The experimental setup diagram for single diamond cutting oxygen free copper

表 1 无氧铜的物理机械性能
Table 1 Mechanical and physical performance of oxygen free copper

材料 密度/(g·mm −3 ) 熔点/ C 延伸率/% 抗拉强度/MPa 显微硬度/MPa 表面粗糙度/µm
◦
无氧铜 8.9 1083 25 380 1176 1.907