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金相切割机的国内外技术研究概况

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? ? ? ?金属零件的力学性能不仅与它的化学成分有关,也与它的金相组织密切相关。金相检验是控制和评定产?#20998;?#37327;不可缺少的重要手段,是科学研究中研究新材料、新工艺和提高金属制品内在质量的重要方法。

? ? ? ?要进行金相分析,就必须制备能用于微观检验的样品——金相试样。通常,金相试样的制备要经过取样、镶嵌、磨光和抛光几个步骤。每个步骤都应该细心操作,因为任何阶段上的失误都可能影响最后的结果,因为这可能会造成组织假象,从而得出错误的结论。金相试样的制备是通过切割机镶嵌机、磨/抛光机来完成。金相试样的截取是金相试样制备过程中一个重要?#26041;凇?#25130;取试样的方法有手锯、锯?#30149;?#30722;轮切割机和线切割机等?#21462;?#26681;据零件的形状和材料,选择适当的方法来切割。目前砂轮切割机广泛应用于金相试样的截取上,主要原因是其?#35270;?#24615;强,树脂砂?#21046;?#21487;切割软的金属零件如铜、铝及合金和硬的金属零件如淬火后的?#20960;帧?#39640;速钢;金刚石切割机可切割超硬材料如硬质合金、陶瓷?#21462;?#21478;外其切割速度快、劳动强度低、操作简便和切割成?#38236;汀?#36873;择可靠性高的金相试样切割机,可以提高制样效率和质量,降低成本,提高经济效益。

金相试样截取的技术要求

? ? ? ?与机械行业中的金属切割、下料不同,金相试样的切割有它自身的要求和特点,截取的金相试样必须保持原有的组织状态,即必须保证所截取的试样的金相组织与原状态金相组织一致,这就要求:

? ?①在截取试样的过程中试样受热、受外力作用要尽量小;

? ?②配备良好的冷却系统,保证切口无过热和过烧现象;

? ?③精确控制进给量的大小,保证试样变形小,光洁度高;

? ?④砂轮切割机应配备精确的卡具和良好的运动机构,保证试样的切口垂直性好,切口余量小,零件装卡方便;

? ?⑤切割机应有良好的防护,保证使用安全。

? ? ? ?作为室内使用的切割设备,切割机?#36129;?#39035;具备较低的噪音,保证无噪音污?#23613;?#37197;备循环冷却系统,注意节约用水和室内清洁。

? ? ? ?金相试样切割质量的?#27809;?#20005;重影响试样的组织结构,已逐步引起有关专家的重视。近年来,国内外在切割机的性能上作了大量研究工作,研究出不少新机型,新一代切割设备,正由原来的手动操作,发展成为数显、数控及微电脑智能控制。下面介绍常用的砂轮切割机类型与特点。

金相切割机的分类与特点

? ? ? ?根据工件移动和砂?#21046;?#31227;动形式可将金相切割机分为两类:一类为工件移动,砂?#31181;?#26059;转、但其位置固定的切割机;另一类为固定工件而砂?#31181;?#20316;移动的切割机。按切割精度可分为普通切割机和精密切割机。

1 移动工件,砂?#31181;?#20301;置固定的切割机

? ?(1)上海日用电机厂生产的Q22型金相试样切割机配备1.1kW电机,采用<250mm砂?#21046;?#29305;点是切割砂?#31181;?#25509;固定在电动机的轴上,利用夹具的摆动来切割固定在钳口中的试样。冷却系统是人工调整旋钮控制流量的单根水管。操作时,由罩壳将砂?#21046;?#32617;住,以防冷却液飞溅和砂?#21046;?#30862;裂时飞出伤人。此类切割机的特点是,电动机在底座上固定不动。砂轮转速固定,体积小,制造成?#38236;停视?#20110;切割30mm×30mm形状简单的柱形试样。

? ?(2)太湖机械厂生产的JQ21型金相试样切割机配备2.2kW的电机,采用<250mm砂?#21046;?#24037;件安装在工作台面上,通过工作台垂直和水平移动切割工件。最大切割尺寸75mm×300mm,工作台上下移动距离180mm,工作台左右移动距离300mm,砂轮转速3300r/min。此类设备类似于铣床,?#35270;?#20110;切割块状零件,机?#21040;?#26500;较复杂,造价较高。

? ?(3)美国BUEHLER公司ISOMET型精密金相试样切割机①可以精确设定切割的时间、压力及速度,并在面板上显示出来;②试样夹持机构具有压力传感器防止试样?#19981;?#38191;片边缘,避免锯齿损坏;③试样以很轻的初?#20960;?#36733;自动送?#21483;?#36716;着的锯片;④工作负载可预定在0.98~9.8N之间,切割完毕后,独特的传感机构使得试样夹持臂返回到原位置。该机有三种冷却方式,①低速时,可利用冷却剂的滞动作用;②速度较高时,可使用切割机自身的浸水泵冷却循环系统;③切割硬质材料时速度很高,可连接一个外部供水排水装置,以达到最佳的冷却效果。Isomet1000型精密切割机,功率为0.93kW,切割过程采?#27809;?#24418;进刀方式,金刚石切割片?#26412;?lt;75mm~<200mm,转速?#27573;?00~5000r/min。可自动进料和受控进料,定位精度为2μm。该机特别?#35270;?#20110;高速、高质量切割极硬材料小试件。

2 固定工件,砂?#21046;?#31227;动的试样切割机

? ?(1)上海日用电机厂生产的Q23A型金相试样切割机配备2.2kW电机,采用<250mm砂?#21046;?#30722;?#21046;?#22266;定在摆臂的主轴上,电机通过皮带带动主轴转动。零件用卡具固定在工作台上,摇动摆臂使砂?#21046;?#31227;动切割工件。砂?#21046;?#22266;定在摆臂上,排除了电机对切割零件的影响,可使零件的切割长度?#27573;?#19981;受限制。如采?#24357;本?lt;250mm砂?#21046;?#20854;最大切割?#26412;?lt;50mm,最大切割宽度60mm,最大切割高度80mm。用手动摆臂来决定切割进给量,若用力不均匀会造成质量差异。该机特点是,砂轮转速固定,额定转速为3500r/mm,装卡试样方便。

? ?(2)河北农大机电新技术公司生产的Q2100型金相试样切割机,功率为2.2kW的电机,可以安装<250mm或<300mm砂?#21046;?#30005;机和砂?#31181;?#25903;撑架安装在同一滑板上,手摇手轮或步进电机驱动滑板,从而实?#36136;?#21160;或自动进刀和?#35828;?#36816;动。创新采用内置式全方位循环冷却系统,使冷却?#26680;?#21521;多?#30528;?#23556;在砂?#21046;?#20004;侧,并利用砂?#21046;?#30340;旋转离心力将冷却液带入试样切口内,保证试样切割时不受热。汲取国外脉动进刀的优点,设计了进三退一的程序,控制进刀过程,即切割3mm后,退回1mm的往复运动形式。特点是,砂?#21046;?#19981;易走斜和弯曲;试样切口光滑、平直;砂?#21046;?#19981;易磨损和破裂;冷却液更容易进入切口内,增加冷却效果;组织无变形和过热等现象。设计了无级调速进刀系统,可切割超硬材料和大型工件。?#35828;?#30001;行程开关控制快速?#35828;?#25552;高工作效率。采用全封闭自动切割方式,保证操作者安全工作。防护罩两端设有开合式窗口,使得切割工件长度无限制,并防止冷却液飞溅。如采?#24357;本?lt;300mm砂?#21046;?#26368;大切割?#26412;?lt;80mm,最大切割宽度135mm,最大切割高度100mm。该机经改型设计,加大水箱和防护罩的尺寸,改变工作台面的位置,还可以切割汽车半轴和摇臂轴等不易切割的大型零件。

? ?(3)Buehler公司生产的ABRASIMET-型切割机是将电机及底座、操作杆安装在同一轴线上,通过手动进行切割试件。切割过程采?#27809;?#24418;进刀方式。配备3kW电机和<254mm的切割片可切割?#26412;段?lt;76mm的试样。

ABRASIMATIC型自动砂?#21046;?#20999;割机配备液压气动驱动系统,切割力可调,自动操作。

? ? ? ?OSCILLAMET型砂轮切割机配备2.2kW电动机和<305mm的切割片,可以切割长度达320mm,或95mm×102mm的大块试样。该机通过砂轮摆动使接触面积减至最小,以保证获得无过烧并提高切割能力,由于砂?#21046;?#21487;以垂直方向定位,还可切割曲轴。

? ? ? ?POWERMET2000型砂轮切割机配备5.5kW电动机和<356mm的砂轮切割片,切割?#26412;?#21487;达<102mm,或50mm×150mm。采用脉冲式切割方式,可以切割长样品,能编程,IC控制,自动切割。

? ?(4)STRUERS公司生产的Labotom23型切割机,其机构与ABRASIMET2型切割机类似,切割最大?#26412;洞?lt;90mm。这是在提高砂?#21046;?#24378;度的情况下,减小砂?#21046;?#22841;片?#26412;洞?#21040;的。

? ? ? ?StruersExotom2100型切割机属于工件固定,砂?#21046;?#25670;动的机型。可以自动调整切割速度和压力,具有四种不同的切割控制方法。Axiocut切割方法可以切除较大的工件(100mm×450mm)。

? ? ? ?Magnutom型自动切割机也属于工件固定,砂?#21046;叫?#31227;动的机型,配备7.4kW电机和<432mm砂轮切割片,砂轮进给速度和压力可调,可根据需要调节步进切割量。最大切割?#26412;?lt;125mm。

讨论

? ? ? ?纵观国内外切割机的状况,国内研发的切割机在性能和外观等方面还存在一定的差距。例如,国内研制的切割机缺乏对砂?#31181;?#35843;速的研究,国外的先进机型如Accutom25/50,StruersDiscotom250和Secomtom2100?#22242;?#22791;了砂?#31181;?#30340;无级调速系统,可使同一砂?#21046;?#20999;割不同的材料,提高砂?#21046;?#30340;?#35270;?#33021;力。又如,一些切割机配备了切割?#38382;?#30340;数据库,根据不同试件调整压力和切割速度,提高制样质量和效率。

? ? ? ?砂?#21046;?#26448;质和质量对切割机的效率和切割质量也有较大的影响。对于切割不同硬度的材料,选用不同材质的切割片,对提高切割效率和切割质量非常有效。通常,棕刚玉?#35270;?#20110;切割碳素钢、普通合金钢、硬青铜。白刚玉?#35270;?#20110;切割合金钢、淬火钢、工具钢、高速钢。黑碳化硅?#35270;?#20110;切割灰铸铁、黄铜和非金属材料。绿碳化硅?#35270;?#20110;切割硬质合金和玻璃。金刚石?#35270;?#20110;切割硬质合金、铸铁、玻璃、石英、半导体、陶瓷以及非碳化物的高硬度材料。立方氮化硼?#35270;?#20110;切割硬质合金、淬火钢以及高硬度高强度材料。国外有可选的不同材质的树脂砂?#21046;?#26681;据试样的不同材料和硬度进行选择。国内生产的金相砂?#21046;分?#21333;一,基本以棕刚玉磨料的为主,质量也存在一定问题,普遍现象是粘合剂的韧性差,砂?#21046;?#27604;较脆。主要原因是受用量和价格等因素的影响。

? ? ? ?我国金相试样制备的研究开发虽然已有几十年的历史,并已取得了一定的成绩,制约我国金相试样制备技术发展的因素主要有以下几个方面:

? ?(1)我国目前还没有制定金相试样切割实验方法和标准,以及质量的测试指标和测试条件。各个生产研制单位,大多是根据自己实际检测经验对金相制样设备进行试验测定。

? ?(2)缺乏懂金相知识与机械设计及其自动控制的综合性人才,这无形?#24615;?#21152;了我国金相取样设备的研究和开发的?#35759;取?/p>

? ?(3)冶金、机械、汽车、拖拉机、兵器、航天航空、轴?#23567;?#24037;磨具等制造行业中所需的金属材料类型多样化,由于各种金属材料的物理、化学等性能不一,使切割机在测定试验?#38382;?#30830;定最?#30740;?#33021;指标等方面有很大?#35759;取?/p>

? ?(4)国内的生产厂家因考虑价格和销路等因素,在高端产品投资较小。

结论

? ? ? ?目前金相切割设备形式多样,各种半自动化、自动化产品在各种规模,各种类型的企业实验?#19994;?#21040;广泛应用,?#20849;?#20316;者的工作量减少,制样效率提高。以微处理器为基础的各种制样设备代表着金相制备的先进技术,通过机电结合,软硬件结合及互补,增加柔性切割功能等方式改造传统的金相制样设备,获得手工操作难以实现的高精度、高性能和再现性好的金相试样。

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