机械加工刀具锋利性能检测方法的研究

佚名
2019-07-27
来源:数控机床网

在进行精密与超精密加工时,刀具的锋利性能对加工表面的粗糙度和尺寸精度有很大的影响,需要对加工刀具的锋利性能进行检测。目前检测金刚石刀具锋利性能的主要方法是采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等测量刀具的刃口半径[ 1~3].一般认为,同种材料的刀具,在其它几何参数相同的情况下,刃口半径越小,锋利性能越好。

  这种方法虽然精确,但检测成本高,不适用于普通加工刀具的检验而根据实际使用情况来评定刀具锋利性能的方法,又达不到加工前检验的目的。因此,如何能够事先检验普通加工刀具的锋利性能成为生产中亟需解决的问题。

  本文通过研究刀具刃口半径与刀具切断纤维的力之间的关系,提出了一种可以事先检验加工刀具锋利性能的方法,并探讨了试验条件对检测结果的影响。

  1试验方法1.1试验用材料540~560℃三次回火处理, 65H RC),制成具有相同几何参数的刀具试样(见图1),将试样编号为1号, 2号, 3号, 4号。采用不同的磨削工艺对刃口进行磨削。

  切断对象:0.22mm涤纶纤维单丝。

  1.2试验方法将涤纶纤维置于材料试验机下夹具上,一端固定,另一端用砝码施加一定张力张紧后夹紧。刀具试样安装在上夹具上,刀刃与纤维轴向垂直,以一定的速度垂直向下运动(见图2)。用力传感器测定刀具切断纤维时施加压力的大小。试验结束后,用线切割机床将刀具试样沿测试位置切开,对切断面研磨、抛光,用英国Camscan型扫描电子显微镜(SEM)测量刀具试样的刃口半径。样品表面喷金。

  试验是在日本岛津AGS 500型材料试验机上进行的,材料试验机主要技术指标如下:①负荷测量范围:0~500N可调②负荷测量精度:使用量程的±0.5③横梁移动速度:0.05~1000mm/min可调④横梁速度精度:±1.3试验参数刀具下降速度为50mm/min 纤维张力为49cN 负荷范围:测试1号, 2号, 3号试样选用0~5N.测试4号试样选2试验结果及分析切断力的测定结果,刀具试样刃口半径的测量结果。

  试验次数1号2号3号4号平均值平均偏差最大偏差均方根偏差刀具试样1号2号3号4号刀刃半径将刀具试样切断纤维的力和刀具的刃口半径进行比较,可以看出,刃口半径小,切断纤维的力就小。刀具的刃口半径与切断纤维的力之间有很好的对应关系(见图3)。

  误差分析表明,试验数据重复性好,精度高。因此,可以通过测定刀具切断纤维的力来检测其锋利性能。生产中可以先采用测量刃口半径的方法测定一把刀具的锋利性能,以该刀具切断纤维的力为基准,将其它刀具切断纤维的力与之加以比较,判定刀具锋利性能的优劣。

  纤维在切断过程中的力学行为,如同受集中载荷作用的两端固定梁的平面弯曲。纤维与刀具刃口接触后,直接接触的一面受压应力的作用,相反的一面受拉应力的作用,产生弹性变形,变形影响区域沿纤维横截面逐步延伸。随着载荷的增加,当压应力超过纤维的屈服应力时,纤维产生塑性变形,开始出现缩颈。继续增加载荷,达到纤维的断裂强度时,出现裂纹,然后很快断裂。

  从纤维的断裂过程可以看出,只有当刀具施加的压力使得与刃口直接接触的纤维表面产生的压应力达到或超过纤维断裂强度时,纤维才会断裂。刀具刃口与纤维的接触面积越大,刀具切断纤维时需要的压力就越大。

  根据几何定义,刀具的刃口是两个刃面的交线。理想的刃口绝对锋利,没有尺寸的大小,但在实际生活中绝对锋利的刃口是不存在的。从显微镜下观察,刀具的刃口呈圆弧状(圆弧的曲率半径即为刀刃半径),所以刀具刃口与纤维表面的接触可以看作在载荷作用下两个具有不同半径、相互垂直的圆柱体的接触。按照赫兹原理,其弹性接触面积为一椭圆,最大应力作用于椭圆的中心,刀刃半径越大,在同等载荷作用下,与纤维的接触面积就越大,刀具需要施加更大的压力,才能使纤维达到断裂强度。

  3试验条件的影响为研究试验参数对刀具锋利性能检测结果的影响,分别测定了在不同的纤维张力、刀具下降速度下1号, 2号, 3号, 4号刀具试样切断纤维的力。测定结果见图4 ,图5.

  与切断力之间的关系性能检测结果的影响锋利性能检测结果的影响切断对象为0.22mm涤沦纤维单丝。

  试验参数:试样选用0~5N ,测试4号试样选用0~10N 纤维张力:由图4,图5可见,试验参数对刀具锋利性能的检测结果有很大的影响。随纤维的张力和刀具下降速度的增加,刀具切断纤维的力减小。这是由于纤维在弹性状态时,随着张力的增加,轴向应变随之增加,使纤维的直径变小,从而减小了切割时刀具试样与纤维的接触面积。刀具下降越快,刀具由于惯性对纤维的冲击就越大,切断纤维所需的力就相应减小。

  切断对象对刀具锋利性能的检测结果也有影响。不同种类、批号的纤维具有不同的断裂强度。断裂强度高的纤维,切断时需要的刀具压力大不同直径的同种纤维,切割时刀具试样与纤维的接触面积不同,直径大的纤维需要的切断力大。

  生产中为使刀具锋利性能的检测结果能够与实际使用效果相符,在检测过程中应对试验参数和切断对象有所规定。只有在相同的试验条件下,刀具锋利性能的检测结果才具有可比性。

  4结论(1)刀具的刃口半径与刀具切断纤维的力之间有很好?检测技术?原一高朱世根机械加工刀具锋利性能检测方法的研究系数,然后再对工件做淬硬层深度测量。对每次加工程序和相应工件的淬硬层深度值做好记录,积累资料,以便在日常加工调整中借鉴。图2为齿部中间齿齿中心法向截面淬硬层型貌。

  4淬火裂纹的防止在实际生产中,淬火变形和淬火裂纹是比较严重的缺陷,成为零件制造过程中的关键问题。导电淬火的变形和淬裂都是由淬火时产生的内应力引起的,这种内应力有二类,一类是在零件急剧冷却时由于内外温差产生体积收缩不一致造成的,即热应力另一类是当奥氏体转变为马氏体时零件各部分体积膨胀先后不一致造成的,即组织应力。

  当热应力和组织应力的复合应力大于钢材的屈服强度时,零件产生变形当复合应力大于钢材的屈服强度极限时,零件开裂。而回火7天后,材料金相组织才完全稳定,因此产品图纸要求回火7天后才允许探伤检查。在大批量生产过程中,为防止齿条因有裂纹缺陷而大量报废,必须采取有效预防措施控制淬火裂纹的产生,经过反复试验和实践,我们得出导电淬火头、回火工序和淬火液的控制及日常工作管理是防止齿条产生裂纹的主要预防措施。

  导电淬火触头有二种,图3所示为整体式,图4所示为焊接连接式。淬火触头材料为电解铜。由于加工时触头和工件接触,触头不断高温氧化,平时不断修磨AB两面,以保证AB两面和工件完全接触,因此尺寸a不断变小,当尺寸小于0.6mm时,得更换导电淬火头。对焊接连接式,通常加工5 000根后强制更换,而对于整体式,通常加工到25 000根后更换。

  钢淬火后的组织通常为极脆马氏体和残余奥氏体,不稳定,应力合力易产生齿条变形开裂,因此通过及时充分低温回火,消除残余内应力,极脆马氏体和残余奥氏体转变为稳定的回火马氏体,提高塑性和韧性,稳定工作尺寸,并保持工件高硬度和耐磨性。工艺规定导电淬火后24h内必须完成回火,回火温度180℃左右,回火时间4h左右。

  日常加工时,应注意淬火液的颜色和气味的变化,如变色并伴有臭味说明细菌感染严重,须更换淬火液。为有效地防止细菌滋生,淬火液PH值控制在9.0~9.3 ,因此,每周测定PH值2次以上,如PH值过低,应适当添加PH值调整剂。

  齿条批量生产,要做到物流受控,因此必须对加工过程中的齿条以筐为单位建立跟踪卡,记录导电淬火工序加工日及加工中的异常现象,做到产品可追踪性。

  采用多次加热,控制淬硬层深度在0.25以下。

  通常工件淬火裂纹报废率占0.2左右,如超过0.5为不正常现象,必须找出原因立即整改。

  5加工过程中注意事项由于淬火硬度和淬硬层深度是齿条中的安全项目,为了保证加工结果满足工艺要求,因此每天导电淬火齿条首先必须送到测量室测淬硬层深度和硬度,合格后才能导电淬火加工齿条。当更换导电淬火头或淬火液时,首件也必须送到测量室测量。如淬硬层深度不合格,由专门负责人员调整程序,做好记录,加工后再测定。如在加工过程中,设备由于意外情况突然停止工作,操作者应把设备内齿条拿出,标定报废,再请有关人员查明修复设备后再生产。

  的对应关系,刃口半径小的刀具,切断纤维的力小。通过测定刀具切断纤维的力来检测刀具的锋利性能是一种可行的方法。

  (2)检测过程中,试验参数和切断对象对刀具锋利性能的检测结果有很大的影响。只有在相同的试验条件下,刀具锋利性能的检测结果才具有可比性。

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