金相切割機的發(fā)展概況
閱讀：4288 發(fā)布時間：2007-11-12
金屬零件的力學性能不僅與它的化學成分有關,，也與它的金相組織密切相關,。金相檢驗是控制和評定產(chǎn)品質量*的重要手段，是科學研究中研究新材料,、新工藝和提高金屬制品內(nèi)在質量的重要方法,。
要進行金相分析，就必須制備能用于微觀檢驗的樣品——金相試樣,。通常,，金相試樣的制備要經(jīng)過取樣、鑲嵌,、磨光和拋光幾個步驟,。每個步驟都應該細心操作，因為任何階段上的失誤都可能影響zui后的結果,，因為這可能會造成組織假象,，從而得出錯誤的結論。金相試樣的制備是通過切割機,、鑲嵌機,、磨/拋光機來完成。金相試樣的截取是金相試樣制備過程中一個重要環(huán)節(jié),。截取試樣的方法有手鋸,、鋸床、砂輪切割機和線切割機等等,。根據(jù)零件的形狀和材料,，選擇適當?shù)姆椒▉砬懈睢Ｄ壳吧拜喦懈顧C廣泛應用于金相試樣的截取上,，主要原因是其適應性強,，樹脂砂輪片可切割軟的金屬零件如銅,、鋁及合金和硬的金屬零件如淬火后的碳鋼、高速鋼,；金剛石切割機可切割超硬材料如硬質合金,、陶瓷等。另外其切割速度快,、勞動強度低,、操作簡便和切割成本低。選擇可靠性高的金相試樣切割機,，可以提高制樣效率和質量,，降低成本，提高經(jīng)濟效益,。
金相試樣截取的技術要求
與機械行業(yè)中的金屬切割,、下料不同，金相試樣的切割有它自身的要求和特點,，截取的金相試樣必須保持原有的組織狀態(tài),，即必須保證所截取的試樣的金相組織與原狀態(tài)金相組織一致，這就要求：
①在截取試樣的過程中試樣受熱,、受外力作用要盡量?。?BR>
②配備良好的冷卻系統(tǒng),，保證切口無過熱和過燒現(xiàn)象,；
③控制進給量的大小，保證試樣變形小,，光潔度高,；
④砂輪切割機應配備的卡具和良好的運動機構，保證試樣的切口垂直性好,，切口余量小,，零件裝卡方便；
⑤切割機應有良好的防護,，保證使用安全,。
作為室內(nèi)使用的切割設備，切割機還必須具備較低的噪音,，保證無噪音污染,。配備循環(huán)冷卻系統(tǒng)，注意節(jié)約用水和室內(nèi)清潔,。
金相試樣切割質量的好壞嚴重影響試樣的組織結構,，已逐步引起有關專家的重視。近年來,，國內(nèi)外在切割機的性能上作了大量研究工作,，研究出不少新機型,，新一代切割設備，正由原來的手動操作,，發(fā)展成為數(shù)顯,、數(shù)控及微電腦智能控制。下面介紹常用的砂輪切割機類型與特點,。
金相切割機的分類與特點
根據(jù)工件移動和砂輪片移動形式可將金相切割機分為兩類：一類為工件移動,，砂輪軸旋轉、但其位置固定的切割機,；另一類為固定工件而砂輪軸作移動的切割機。按切割精度可分為普通切割機和精密切割機,。
1 移動工件,，砂輪軸位置固定的切割機
(1)上海蔡康光學儀器廠生產(chǎn)的ＱＧ－１型金相試樣切割機配備1.1kW電機，采用<250mm砂輪片,。特點是切割砂輪直接固定在電動機的軸上,，利用夾具的擺動來切割固定在鉗口中的試樣。冷卻系統(tǒng)是人工調整旋鈕控制流量的單根水管,。操作時,，由罩殼將砂輪片罩住，以防冷卻液飛濺和砂輪片碎裂時飛出傷人,。此類切割機的特點是,，電動機在底座上固定不動。砂輪轉速固定,，體積小,，制造成本低，適用于切割30mm×30mm形狀簡單的柱形試樣,。
(2)太湖機械廠生產(chǎn)的JQ21型金相試樣切割機配備2.2kW的電機,，采用<250mm砂輪片。工件安裝在工作臺面上,，通過工作臺垂直和水平移動切割工件,。zui大切割尺寸75mm×300mm，工作臺上下移動距離180mm,，工作臺左右移動距離300mm,，砂輪轉速3300r/min。此類設備類似于銑床,，適應于切割塊狀零件,，機械結構較復雜，造價較高,。
(3)美國BUEHLER公司ISOMET型精密金相試樣切割機①可以設定切割的時間,、壓力及速度,，并在面板上顯示出來；②試樣夾持機構具有壓力傳感器防止試樣撞擊鋸片邊緣,，避免鋸齒損壞,；③試樣以很輕的初始負載自動送到旋轉著的鋸片；④工作負載可預定在0.98～9.8N之間,，切割完畢后,，*的傳感機構使得試樣夾持臂返回到原位置。該機有三種冷卻方式,，①低速時,，可利用冷卻劑的滯動作用；②速度較高時,，可使用切割機自身的浸水泵冷卻循環(huán)系統(tǒng),；③切割硬質材料時速度很高，可連接一個外部供水排水裝置,，以達到*的冷卻效果,。Isomet1000型精密切割機，功率為0.93kW,，切割過程采用弧形進刀方式,，金剛石切割片直徑<75mm～<200mm，轉速范圍100～5000r/min,?？勺詣舆M料和受控進料，定位精度為2μm,。該機特別適用于高速,、高質量切割極硬材料小試件。
2 固定工件,，砂輪片移動的試樣切割機
(1)上海蔡康光學儀器廠生產(chǎn)的ＱＧ－１型金相試樣切割機配備2.2kW電機,，采用<250mm砂輪片。砂輪片固定在擺臂的主軸上,，電機通過皮帶帶動主軸轉動,。零件用卡具固定在工作臺上，搖動擺臂使砂輪片移動切割工件,。砂輪片固定在擺臂上,，排除了電機對切割零件的影響，可使零件的切割長度范圍不受限制,。如采用直徑<250mm砂輪片,，其zui大切割直徑<50mm，zui大切割寬度60mm，zui大切割高度80mm,。用手動擺臂來決定切割進給量,，若用力不均勻會造成質量差異。該機特點是,，砂輪轉速固定,，額定轉速為3500r/mm，裝卡試樣方便,。
(2)河北農(nóng)大機電新技術公司生產(chǎn)的Q2100型金相試樣切割機,，功率為2.2kW的電機，可以安裝<250mm或<300mm砂輪片,，電機和砂輪軸支撐架安裝在同一滑板上,，手搖手輪或步進電機驅動滑板，從而實現(xiàn)手動或自動進刀和退刀運動,。創(chuàng)新采用內(nèi)置式循環(huán)冷卻系統(tǒng),，使冷卻液雙向多孔噴射在砂輪片兩側，并利用砂輪片的旋轉離心力將冷卻液帶入試樣切口內(nèi),，保證試樣切割時不受熱。汲取國外脈動進刀的優(yōu)點,，設計了進三退一的程序,，控制進刀過程，即切割3mm后,，退回1mm的往復運動形式,。特點是，砂輪片不易走斜和彎曲,；試樣切口光滑,、平直；砂輪片不易磨損和破裂,；冷卻液更容易進入切口內(nèi),，增加冷卻效果；組織無變形和過熱等現(xiàn)象,。設計了無級調速進刀系統(tǒng),，可切割超硬材料和大型工件。退刀由行程開關控制快速退刀提高工作效率,。采用全封閉自動切割方式,，保證操作者安全工作。防護罩兩端設有開合式窗口,，使得切割工件長度無限制,，并防止冷卻液飛濺。如采用直徑<300mm砂輪片，zui大切割直徑<80mm,，zui大切割寬度135mm,，zui大切割高度100mm。該機經(jīng)改型設計,，加大水箱和防護罩的尺寸,，改變工作臺面的位置，還可以切割汽車半軸和搖臂軸等不易切割的大型零件,。
(3)Buehler公司生產(chǎn)的ABRASIMET-型切割機是將電機及底座,、操作桿安裝在同一軸線上，通過手動進行切割試件,。切割過程采用弧形進刀方式,。配備3kW電機和<254mm的切割片可切割直徑為<76mm的試樣。
ABRASIMATIC型自動砂輪片切割機配備液壓氣動驅動系統(tǒng),，切割力可調,，自動操作。
OSCILLAMET型砂輪切割機配備2.2kW電動機和<305mm的切割片,，可以切割長度達320mm,，或95mm×102mm的大塊試樣。該機通過砂輪擺動使接觸面積減至zui小,，以保證獲得無過燒并提高切割能力,，由于砂輪片可以垂直方向定位，還可切割曲軸,。
POWERMET2000型砂輪切割機配備5.5kW電動機和<356mm的砂輪切割片,，切割直徑可達<102mm，或50mm×150mm,。采用脈沖式切割方式,，可以切割長樣品，能編程,，IC控制,，自動切割。
(4)STRUERS公司生產(chǎn)的Labotom23型切割機,，其機構與ABRASIMET2型切割機類似,，切割zui大直徑達<90mm。這是在提高砂輪片強度的情況下,，減小砂輪片夾片直徑達到的,。
StruersExotom2100型切割機屬于工件固定，砂輪片擺動的機型,?？梢宰詣诱{整切割速度和壓力,，具有四種不同的切割控制方法。Axiocut切割方法可以切除較大的工件(100mm×450mm),。
Magnutom型自動切割機也屬于工件固定,，砂輪片平行移動的機型，配備7.4kW電機和<432mm砂輪切割片,，砂輪進給速度和壓力可調,，可根據(jù)需要調節(jié)步進切割量。zui大切割直徑<125mm,。
討論
縱觀國內(nèi)外切割機的狀況,，國內(nèi)研發(fā)的切割機在性能和外觀等方面還存在一定的差距。例如,，國內(nèi)研制的切割機缺乏對砂輪軸調速的研究,，國外的*機型如Accutom25/50，StruersDiscotom250和Secomtom2100型配備了砂輪軸的無級調速系統(tǒng),，可使同一砂輪片切割不同的材料,，提高砂輪片的適應能力。又如,，一些切割機配備了切割參數(shù)的數(shù)據(jù)庫,，根據(jù)不同試件調整壓力和切割速度，提高制樣質量和效率,。
砂輪片材質和質量對切割機的效率和切割質量也有較大的影響,。對于切割不同硬度的材料，選用不同材質的切割片,，對提高切割效率和切割質量非常有效。通常,，棕剛玉適用于切割碳素鋼,、普通合金鋼、硬青銅,。白剛玉適用于切割合金鋼,、淬火鋼、工具鋼,、高速鋼,。黑碳化硅適用于切割灰鑄鐵、黃銅和非金屬材料,。綠碳化硅適用于切割硬質合金和玻璃,。金剛石適用于切割硬質合金、鑄鐵,、玻璃,、石英、半導體、陶瓷以及非碳化物的高硬度材料,。立方氮化硼適應于切割硬質合金,、淬火鋼以及高硬度高強度材料。國外有可選的不同材質的樹脂砂輪片,，根據(jù)試樣的不同材料和硬度進行選擇,。國內(nèi)生產(chǎn)的金相砂輪片品種單一，基本以棕剛玉磨料的為主,，質量也存在一定問題,，普遍現(xiàn)象是粘合劑的韌性差，砂輪片比較脆,。主要原因是受用量和價格等因素的影響,。
我國金相試樣制備的研究開發(fā)雖然已有幾十年的歷史，并已取得了一定的成績,，制約我國金相試樣制備技術發(fā)展的因素主要有以下幾個方面：
(1)我國目前還沒有制定金相試樣切割實驗方法和標準,，以及質量的測試指標和測試條件。各個生產(chǎn)研制單位,，大多是根據(jù)自己實際檢測經(jīng)驗對金相制樣設備進行試驗測定,。
(2)缺乏懂金相知識與機械設計及其自動控制的綜合性人才，這無形中增加了我國金相取樣設備的研究和開發(fā)的難度,。
(3)冶金,、機械、汽車,、拖拉機,、兵器、航天航空,、軸承,、工磨具等制造行業(yè)中所需的金屬材料類型多樣化，由于各種金屬材料的物理,、化學等性能不一,，使切割機在測定試驗參數(shù)，確定*性能指標等方面有很大難度,。
(4)國內(nèi)的生產(chǎn)廠家因考慮價格和銷路等因素,，在產(chǎn)品投資較小。
結論
目前金相切割設備形式多樣,，各種半自動化,、自動化產(chǎn)品在各種規(guī)模，各種類型的企業(yè)實驗室得到廣泛應用,，使操作者的工作量減少,，制樣效率提高,。以微處理器為基礎的各種制樣設備代表著金相制備的*技術，通過機電結合,，軟硬件結合及互補,，增加柔性切割功能等方式改造傳統(tǒng)的金相制樣設備，獲得手工操作難以實現(xiàn)的高精度,、高性能和再現(xiàn)性好的金相試樣
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