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機(jī)械加工刀具鋒利性能檢測(cè)方法的研究
文字:[大] [中] [小]  2021-10-28  瀏覽次數(shù):2260  分享:
在進(jìn)行精密與超精密加工時(shí),刀具的鋒利性能對(duì)加工表面的粗糙度和尺寸精度有很大的影響,需要對(duì)加工刀具的鋒利性能進(jìn)行檢測(cè)。目前檢測(cè)金剛石刀具鋒利性能的主要方法是采用掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)等測(cè)量刀具的刃口半徑[1~3].一般認(rèn)為,同種材料的刀具,在其它幾何參數(shù)相同的情況下,刃口半徑越小,鋒利性能越好。


  這種方法雖然精確,但檢測(cè)成本高,不適用于普通加工刀具的檢驗(yàn)而根據(jù)實(shí)際使用情況來(lái)評(píng)定刀具鋒利性能的方法,又達(dá)不到加工前檢驗(yàn)的目的。因此,如何能夠事先檢驗(yàn)普通加工刀具的鋒利性能成為生產(chǎn)中亟需解決的問(wèn)題。

  本文通過(guò)研究刀具刃口半徑與刀具切斷纖維的力之間的關(guān)系,提出了一種可以事先檢驗(yàn)加工刀具鋒利性能的方法,并探討了試驗(yàn)條件對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。


  1試驗(yàn)方法1.1試驗(yàn)用材料540~560℃三次回火處理,65H RC),制成具有相同幾何參數(shù)的刀具試樣(見圖1),將試樣編號(hào)為1號(hào),2號(hào),3號(hào),4號(hào)。采用不同的磨削工藝對(duì)刃口進(jìn)行磨削。


  切斷對(duì)象:0.22mm滌綸纖維單絲。


  1.2試驗(yàn)方法將滌綸纖維置于材料試驗(yàn)機(jī)下夾具上,一端固定,另一端用砝碼施加一定張力張緊后夾緊。刀具試樣安裝在上夾具上,刀刃與纖維軸向垂直,以一定的速度垂直向下運(yùn)動(dòng)(見圖2)。用力傳感器測(cè)定刀具切斷纖維時(shí)施加壓力的大小。試驗(yàn)結(jié)束后,用線切割機(jī)床將刀具試樣沿測(cè)試位置切開,對(duì)切斷面研磨、拋光,用英國(guó)Camscan型掃描電子顯微鏡(SEM)測(cè)量刀具試樣的刃口半徑。樣品表面噴金。


  試驗(yàn)是在日本島津AGS 500型材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的,材料試驗(yàn)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)如下:①負(fù)荷測(cè)量范圍:0~500N可調(diào)②負(fù)荷測(cè)量精度:使用量程的±0.5③橫梁移動(dòng)速度:0.05~1000mm/min可調(diào)④橫梁速度精度:±1.3試驗(yàn)參數(shù)刀具下降速度為50mm/min纖維張力為49cN負(fù)荷范圍:測(cè)試1號(hào),2號(hào),3號(hào)試樣選用0~5N.測(cè)試4號(hào)試樣選2試驗(yàn)結(jié)果及分析切斷力的測(cè)定結(jié)果,刀具試樣刃口半徑的測(cè)量結(jié)果。

  試驗(yàn)次數(shù)1號(hào)2號(hào)3號(hào)4號(hào)平均值平均偏差最大偏差均方根偏差刀具試樣1號(hào)2號(hào)3號(hào)4號(hào)刀刃半徑將刀具試樣切斷纖維的力和刀具的刃口半徑進(jìn)行比較,可以看出,刃口半徑小,切斷纖維的力就小。刀具的刃口半徑與切斷纖維的力之間有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(見圖3)。

  誤差分析表明,試驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)性好,精度高。因此,可以通過(guò)測(cè)定刀具切斷纖維的力來(lái)檢測(cè)其鋒利性能。生產(chǎn)中可以先采用測(cè)量刃口半徑的方法測(cè)定一把刀具的鋒利性能,以該刀具切斷纖維的力為基準(zhǔn),將其它刀具切斷纖維的力與之加以比較,判定刀具鋒利性能的優(yōu)劣。

  纖維在切斷過(guò)程中的力學(xué)行為,如同受集中載荷作用的兩端固定梁的平面彎曲。纖維與刀具刃口接觸后,直接接觸的一面受壓應(yīng)力的作用,相反的一面受拉應(yīng)力的作用,產(chǎn)生彈性變形,變形影響區(qū)域沿纖維橫截面逐步延伸。隨著載荷的增加,當(dāng)壓應(yīng)力超過(guò)纖維的屈服應(yīng)力時(shí),纖維產(chǎn)生塑性變形,開始出現(xiàn)縮頸。繼續(xù)增加載荷,達(dá)到纖維的斷裂強(qiáng)度時(shí),出現(xiàn)裂紋,然后很快斷裂。

  從纖維的斷裂過(guò)程可以看出,只有當(dāng)?shù)毒呤┘拥膲毫κ沟门c刃口直接接觸的纖維表面產(chǎn)生的壓應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)纖維斷裂強(qiáng)度時(shí),纖維才會(huì)斷裂。刀具刃口與纖維的接觸面積越大,刀具切斷纖維時(shí)需要的壓力就越大。

  根據(jù)幾何定義,刀具的刃口是兩個(gè)刃面的交線。理想的刃口絕對(duì)鋒利,沒(méi)有尺寸的大小,但在實(shí)際生活中絕對(duì)鋒利的刃口是不存在的。從顯微鏡下觀察,刀具的刃口呈圓弧狀(圓弧的曲率半徑即為刀刃半徑),所以刀具刃口與纖維表面的接觸可以看作在載荷作用下兩個(gè)具有不同半徑、相互垂直的圓柱體的接觸。按照赫茲原理,其彈性接觸面積為一橢圓,最大應(yīng)力作用于橢圓的中心,刀刃半徑越大,在同等載荷作用下,與纖維的接觸面積就越大,刀具需要施加更大的壓力,才能使纖維達(dá)到斷裂強(qiáng)度。


  3試驗(yàn)條件的影響為研究試驗(yàn)參數(shù)對(duì)刀具鋒利性能檢測(cè)結(jié)果的影響,分別測(cè)定了在不同的纖維張力、刀具下降速度下1號(hào),2號(hào),3號(hào),4號(hào)刀具試樣切斷纖維的力。測(cè)定結(jié)果見圖4,圖5.


  與切斷力之間的關(guān)系性能檢測(cè)結(jié)果的影響鋒利性能檢測(cè)結(jié)果的影響切斷對(duì)象為0.22mm滌淪纖維單絲。

  試驗(yàn)參數(shù):試樣選用0~5N,測(cè)試4號(hào)試樣選用0~10N纖維張力:由圖4,圖5可見,試驗(yàn)參數(shù)對(duì)刀具鋒利性能的檢測(cè)結(jié)果有很大的影響。隨纖維的張力和刀具下降速度的增加,刀具切斷纖維的力減小。這是由于纖維在彈性狀態(tài)時(shí),隨著張力的增加,軸向應(yīng)變隨之增加,使纖維的直徑變小,從而減小了切割時(shí)刀具試樣與纖維的接觸面積。刀具下降越快,刀具由于慣性對(duì)纖維的沖擊就越大,切斷纖維所需的力就相應(yīng)減小。

  切斷對(duì)象對(duì)刀具鋒利性能的檢測(cè)結(jié)果也有影響。不同種類、批號(hào)的纖維具有不同的斷裂強(qiáng)度。斷裂強(qiáng)度高的纖維,切斷時(shí)需要的刀具壓力大不同直徑的同種纖維,切割時(shí)刀具試樣與纖維的接觸面積不同,直徑大的纖維需要的切斷力大。

  生產(chǎn)中為使刀具鋒利性能的檢測(cè)結(jié)果能夠與實(shí)際使用效果相符,在檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)對(duì)試驗(yàn)參數(shù)和切斷對(duì)象有所規(guī)定。只有在相同的試驗(yàn)條件下,刀具鋒利性能的檢測(cè)結(jié)果才具有可比性。

  4結(jié)論(1)刀具的刃口半徑與刀具切斷纖維的力之間有很好?檢測(cè)技術(shù)?原一高朱世根機(jī)械加工刀具鋒利性能檢測(cè)方法的研究系數(shù),然后再對(duì)工件做淬硬層深度測(cè)量。對(duì)每次加工程序和相應(yīng)工件的淬硬層深度值做好記錄,積累資料,以便在日常加工調(diào)整中借鑒。圖2為齒部中間齒齒中心法向截面淬硬層型貌。


  4淬火裂紋的防止在實(shí)際生產(chǎn)中,淬火變形和淬火裂紋是比較嚴(yán)重的缺陷,成為零件制造過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題。導(dǎo)電淬火的變形和淬裂都是由淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力引起的,這種內(nèi)應(yīng)力有二類,一類是在零件急劇冷卻時(shí)由于內(nèi)外溫差產(chǎn)生體積收縮不一致造成的,即熱應(yīng)力另一類是當(dāng)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)零件各部分體積膨脹先后不一致造成的,即組織應(yīng)力。


  當(dāng)熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的復(fù)合應(yīng)力大于鋼材的屈服強(qiáng)度時(shí),零件產(chǎn)生變形當(dāng)復(fù)合應(yīng)力大于鋼材的屈服強(qiáng)度極限時(shí),零件開裂。而回火7天后,材料金相組織才完全穩(wěn)定,因此產(chǎn)品圖紙要求回火7天后才允許探傷檢查。在大批量生產(chǎn)過(guò)程中,為防止齒條因有裂紋缺陷而大量報(bào)廢,必須采取有效預(yù)防措施控制淬火裂紋的產(chǎn)生,經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和實(shí)踐,我們得出導(dǎo)電淬火頭、回火工序和淬火液的控制及日常工作管理是防止齒條產(chǎn)生裂紋的主要預(yù)防措施。


  導(dǎo)電淬火觸頭有二種,圖3所示為整體式,圖4所示為焊接連接式。淬火觸頭材料為電解銅。由于加工時(shí)觸頭和工件接觸,觸頭不斷高溫氧化,平時(shí)不斷修磨AB兩面,以保證AB兩面和工件完全接觸,因此尺寸a不斷變小,當(dāng)尺寸小于0.6mm時(shí),得更換導(dǎo)電淬火頭。對(duì)焊接連接式,通常加工5 000根后強(qiáng)制更換,而對(duì)于整體式,通常加工到25 000根后更換。


  鋼淬火后的組織通常為極脆馬氏體和殘余奧氏體,不穩(wěn)定,應(yīng)力合力易產(chǎn)生齒條變形開裂,因此通過(guò)及時(shí)充分低溫回火,消除殘余內(nèi)應(yīng)力,極脆馬氏體和殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火馬氏體,提高塑性和韌性,穩(wěn)定工作尺寸,并保持工件高硬度和耐磨性。工藝規(guī)定導(dǎo)電淬火后24h內(nèi)必須完成回火,回火溫度180℃左右,回火時(shí)間4h左右。


  日常加工時(shí),應(yīng)注意淬火液的顏色和氣味的變化,如變色并伴有臭味說(shuō)明細(xì)菌感染嚴(yán)重,須更換淬火液。為有效地防止細(xì)菌滋生,淬火液PH值控制在9.0~9.3,因此,每周測(cè)定PH值2次以上,如PH值過(guò)低,應(yīng)適當(dāng)添加PH值調(diào)整劑。


  齒條批量生產(chǎn),要做到物流受控,因此必須對(duì)加工過(guò)程中的齒條以筐為單位建立跟蹤卡,記錄導(dǎo)電淬火工序加工日及加工中的異?,F(xiàn)象,做到產(chǎn)品可追蹤性。



  采用多次加熱,控制淬硬層深度在0.25以下。


  通常工件淬火裂紋報(bào)廢率占0.2左右,如超過(guò)0.5為不正?,F(xiàn)象,必須找出原因立即整改。


  5加工過(guò)程中注意事項(xiàng)由于淬火硬度和淬硬層深度是齒條中的安全項(xiàng)目,為了保證加工結(jié)果滿足工藝要求,因此每天導(dǎo)電淬火齒條首先必須送到測(cè)量室測(cè)淬硬層深度和硬度,合格后才能導(dǎo)電淬火加工齒條。當(dāng)更換導(dǎo)電淬火頭或淬火液時(shí),首件也必須送到測(cè)量室測(cè)量。如淬硬層深度不合格,由專門負(fù)責(zé)人員調(diào)整程序,做好記錄,加工后再測(cè)定。如在加工過(guò)程中,設(shè)備由于意外情況突然停止工作,操作者應(yīng)把設(shè)備內(nèi)齒條拿出,標(biāo)定報(bào)廢,再請(qǐng)有關(guān)人員查明修復(fù)設(shè)備后再生產(chǎn)。

  刃口半徑小的刀具,切斷纖維的力小。通過(guò)測(cè)定刀具切斷纖維的力來(lái)檢測(cè)刀具的鋒利性能是一種可行的方法。



 ?。?)檢測(cè)過(guò)程中,試驗(yàn)參數(shù)和切斷對(duì)象對(duì)刀具鋒利性能的檢測(cè)結(jié)果有很大的影響。只有在相同的試驗(yàn)條件下,刀具鋒利性能的檢測(cè)結(jié)果才具有可比性。