Page 114 - 《应用声学》2020年第4期

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表 2 声发射信号采集参数设置
Table 2 The parameter settings of AE signals acquisition

采样频率/MHz 采样带宽/kHz 采样长度/K 门槛电压/dB 浮动门宽/dB 前置放大器增益/dB 模拟滤波器/kHz
10 1 ∼ 1000 15 55 6 20 1 ∼ 1000

采 用 的 声 发 射 检 测 系 统 是 Physical Acous- 后，金刚石切出无氧铜，切出过程划痕的形成与切入
tics Corporation 公司的 MICRO-II2 型，利用 PCI- 过程相反。
2-PAC 四通道信号采集系统采集无氧铜切削过程
܈ভᬠᡑ
的声发射信号，试验前，先进行断铅笔芯试验，以保
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证声发射传感器安装位置和接触状态的合理性，并
通过空载试验测定声发射信号门槛电压等主要采 ໏୻ Ᏸྷ ѭҐ Ᏸྷ ໏୻
集参数值，主要参数设置如表2所示。
试验采用单因素变量法监测不同切削参数下
的声发射信号，变量因素有 3 个，分别是切削速度 ܈ভᬠᡑ 0.1 mm
v s 、切削深度 a p 和进给速度 v w ，每个变量因素有 4
图 2 无氧铜表面的划痕形貌
个参数值，变量因素的具体参数值如表 3 所示。表
Fig. 2 The scratching morphology of oxygen free
中带下划线的参数值表示在试验该变量因素时其
copper surface
余两个变量因素的取值，即当切削深度为试验变量
时，切削速度和进给速度取固定值分别为20 m/s和 2.2 声发射特征参数
10 m/min，其余试验参数值以此类推。 不同切削参数对声发射特征参数值的影响如
表 4 所示。从表中可知，随着切削速度的增加，上升
表 3 切削试验参数表
时间、均方根值 (Root mean square, RMS) 和能量
Table 3 Experimental parameters of cut-
基本呈上升趋势，而计数、持续时间和幅值的变化
ting tests
规律并不明显。随着切削深度的增加，上升时间、能
变量因素 参数值 量、持续时间、幅值和 RMS 值均呈现出显著增加的
切削速度 v s/(m·s −1 ) 10, 15, 20, 25 趋势，而计数值的变化较为不明显，可见，切深对声
进给速度 v w/(m·min −1 ) 10, 15, 20, 25
发射特征参数值的影响是较为显著的。随着进给速
切削深度 a p/µm 10, 20, 30, 40
度的增加，各个特征参数值均呈现出在一定范围内
波动变化，但并未呈现出明显的变化规律。由此可
2 试验结果
见，切削深度和切削速度对声发射特征参数的影响
2.1 划痕形貌
相对较为显著，而进给速度对声发射特征参数的影
单颗金刚石磨粒切削无氧铜的划痕形貌 (以 响较不显著。
v s = 20 m/s、v w = 10 m/min、a p = 10 µm为例)见
2.3 切削速度对声发射信号的影响
图2，金刚石旋转划擦切削无氧铜的划痕呈现出“滑
擦 -耕犁 -切削 -耕犁 -滑擦” 形貌。在金刚石切入无 切削速度对声发射时域信号的影响见图 3。金
氧铜时，金刚石切刃刚接触无氧铜，切削深度由零逐 刚石切削无氧铜的声发射时域信号振动幅值变化
渐增大，金刚石并未实际参与切削无氧铜，在无氧铜 范围在 0 ∼ 0.2 V 之间，切削速度由小增大时，其最
表面滑动摩擦并使其产生弹性变形，形成滑擦划痕。 大振幅分别达到了 0.2 V、0.12 V、0.11 V 和 0.2 V。
当金刚石继续切入工件，无氧铜表面产生塑性变形， 另外，可以发现，不同切削速度时，声发射时域信
无氧铜受到金刚石切刃的挤压向两边塑性流动，在 号包络线的疏密程度是有所不一样的，切削速度
金刚石两侧形成微微隆起的耕犁沟槽。随着切削深 为 10 m/s(图 3(a)) 和 25 m/s(图 3(d)) 时，信号包络
度的不断增大，金刚石继续挤压无氧铜，使无氧铜 线较为密集，且其信号振幅值亦较大；切削速度为
在金刚石前部产生剪切滑移形成切屑，并在金刚石 15 m/s(图3(b))和20 m/s(图3(c))的信号包络曲线
两侧形成工件材料的塑性隆起。在达到最大切深之 较为稀疏，振幅值也相对较小。