金相切割機的發(fā)展概況

  金屬零件的力學(xué)性能不僅與它的化學(xué)成分有關(guān)，也與它的金相組織密切相關(guān)。金相檢驗是控制和評定產(chǎn)品質(zhì)量*的重要手段，是科學(xué)研究中研究新材料、新工藝和提高金屬制品內在質(zhì)量的重要方法。

    要進(jìn)行金相分析，就必須制備能用于微觀(guān)檢驗的樣品——金相試樣。通常，金相試樣的制備要經(jīng)過(guò)取樣、鑲嵌、磨光和拋光幾個(gè)步驟。每個(gè)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(huì )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(guò)切割機、鑲嵌機、磨/拋光機來(lái)完成。金相試樣的截取是金相試樣制備過(guò)程中一個(gè)重要環(huán)節。截取試樣的方法有手鋸、鋸床、砂輪切割機和線(xiàn)切割機等等。根據零件的形狀和材料，選擇適當的方法來(lái)切割。目前砂輪切割機廣泛應用于金相試樣的截取上，主要原因是其適應性強，樹(shù)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(zhì)合金、陶瓷等。另外其切割速度快、勞動(dòng)強度低、操作簡(jiǎn)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(zhì)量，降低成本，提高經(jīng)濟效益。

    金相試樣截取的技術(shù)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(diǎn)，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(guò)程中試樣受熱、受外力作用要盡量??；

    ②配備良好的冷卻系統，保證切口無(wú)過(guò)熱和過(guò)燒現象；

    ③控制進(jìn)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(dòng)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。

    作為室內使用的切割設備，切割機還必須具備較低的噪音，保證無(wú)噪音污染。配備循環(huán)冷卻系統，注意節約用水和室內清潔。

    金相試樣切割質(zhì)量的好壞嚴重影響試樣的組織結構，已逐步引起有關(guān)專(zhuān)家的重視。近年來(lái)，國內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(lái)的手動(dòng)操作，發(fā)展成為數顯、數控及微電腦智能控制。下面介紹常用的砂輪切割機類(lèi)型與特點(diǎn)。

    金相切割機的分類(lèi)與特點(diǎn)

    根據工件移動(dòng)和砂輪片移動(dòng)形式可將金相切割機分為兩類(lèi)：一類(lèi)為工件移動(dòng)，砂輪軸旋轉、但其位置固定的切割機；另一類(lèi)為固定工件而砂輪軸作移動(dòng)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(dòng)工件，砂輪軸位置固定的切割機

    (1)上海蔡康光學(xué)儀器廠(chǎng)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(diǎn)是切割砂輪直接固定在電動(dòng)機的軸上，利用夾具的擺動(dòng)來(lái)切割固定在鉗口中的試樣。冷卻系統是人工調整旋鈕控制流量的單根水管。操作時(shí)，由罩殼將砂輪片罩住，以防冷卻液飛濺和砂輪片碎裂時(shí)飛出傷人。此類(lèi)切割機的特點(diǎn)是，電動(dòng)機在底座上固定不動(dòng)。砂輪轉速固定，體積小，制造成本低，適用于切割30mm×30mm形狀簡(jiǎn)單的柱形試樣。

    (2)太湖機械廠(chǎng)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(guò)工作臺垂直和水平移動(dòng)切割工件。zui大切割尺寸75mm×300mm，工作臺上下移動(dòng)距離180mm，工作臺左右移動(dòng)距離300mm，砂輪轉速3300r/min。此類(lèi)設備類(lèi)似于銑床，適應于切割塊狀零件，機械結構較復雜，造價(jià)較高。

    (3)美國B(niǎo)UEHLER公司ISOMET型精密金相試樣切割機①可以設定切割的時(shí)間、壓力及速度，并在面板上顯示出來(lái)；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(dòng)送到旋轉著(zhù)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(shí)，可利用冷卻劑的滯動(dòng)作用；②速度較高時(shí)，可使用切割機自身的浸水泵冷卻循環(huán)系統；③切割硬質(zhì)材料時(shí)速度很高，可連接一個(gè)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(guò)程采用弧形進(jìn)刀方式，金剛石切割片直徑<75mm～<200mm，轉速范圍100～5000r/min?？勺詣?dòng)進(jìn)料和受控進(jìn)料，定位精度為2μm。該機特別適用于高速、高質(zhì)量切割極硬材料小試件。

     2 固定工件，砂輪片移動(dòng)的試樣切割機

    (1)上海蔡康光學(xué)儀器廠(chǎng)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(guò)皮帶帶動(dòng)主軸轉動(dòng)。零件用卡具固定在工作臺上，搖動(dòng)擺臂使砂輪片移動(dòng)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(cháng)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(dòng)擺臂來(lái)決定切割進(jìn)給量，若用力不均勻會(huì )造成質(zhì)量差異。該機特點(diǎn)是，砂輪轉速固定，額定轉速為3500r/mm，裝卡試樣方便。

    (2)河北農大機電新技術(shù)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(jìn)電機驅動(dòng)滑板，從而實(shí)現手動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)刀和退刀運動(dòng)。創(chuàng )新采用內置式循環(huán)冷卻系統，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，保證試樣切割時(shí)不受熱。汲取國外脈動(dòng)進(jìn)刀的優(yōu)點(diǎn)，設計了進(jìn)三退一的程序，控制進(jìn)刀過(guò)程，即切割3mm后，退回1mm的往復運動(dòng)形式。特點(diǎn)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(jìn)入切口內，增加冷卻效果；組織無(wú)變形和過(guò)熱等現象。設計了無(wú)級調速進(jìn)刀系統，可切割超硬材料和大型工件。退刀由行程開(kāi)關(guān)控制快速退刀提高工作效率。采用全封閉自動(dòng)切割方式，保證操作者安全工作。防護罩兩端設有開(kāi)合式窗口，使得切割工件長(cháng)度無(wú)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(chē)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(xiàn)上，通過(guò)手動(dòng)進(jìn)行切割試件。切割過(guò)程采用弧形進(jìn)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(dòng)砂輪片切割機配備液壓氣動(dòng)驅動(dòng)系統，切割力可調，自動(dòng)操作。

    OSCILLAMET型砂輪切割機配備2.2kW電動(dòng)機和<305mm的切割片，可以切割長(cháng)度達320mm，或95mm×102mm的大塊試樣。該機通過(guò)砂輪擺動(dòng)使接觸面積減至zui小，以保證獲得無(wú)過(guò)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(dòng)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(cháng)樣品，能編程，IC控制，自動(dòng)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(lèi)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(dòng)的機型?？梢宰詣?dòng)調整切割速度和壓力，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(dòng)切割機也屬于工件固定，砂輪片平行移動(dòng)的機型，配備7.4kW電機和<432mm砂輪切割片，砂輪進(jìn)給速度和壓力可調，可根據需要調節步進(jìn)切割量。zui大切割直徑<125mm。

    討論

    縱觀(guān)國內外切割機的狀況，國內研發(fā)的切割機在性能和外觀(guān)等方面還存在一定的差距。例如，國內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(wú)級調速系統，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的數據庫，根據不同試件調整壓力和切割速度，提高制樣質(zhì)量和效率。

    砂輪片材質(zhì)和質(zhì)量對切割機的效率和切割質(zhì)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(zhì)的切割片，對提高切割效率和切割質(zhì)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(zhì)合金和玻璃。金剛石適用于切割硬質(zhì)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(zhì)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(zhì)的樹(shù)脂砂輪片，根據試樣的不同材料和硬度進(jìn)行選擇。國內生產(chǎn)的金相砂輪片品種單一，基本以棕剛玉磨料的為主，質(zhì)量也存在一定問(wèn)題，普遍現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(jià)格等因素的影響。

    我國金相試樣制備的研究開(kāi)發(fā)雖然已有幾十年的歷史，并已取得了一定的成績(jì)，制約我國金相試樣制備技術(shù)發(fā)展的因素主要有以下幾個(gè)方面：

    (1)我國目前還沒(méi)有制定金相試樣切割實(shí)驗方法和標準，以及質(zhì)量的測試指標和測試條件。各個(gè)生產(chǎn)研制單位，大多是根據自己實(shí)際檢測經(jīng)驗對金相制樣設備進(jìn)行試驗測定。

    (2)缺乏懂金相知識與機械設計及其自動(dòng)控制的綜合性人才，這無(wú)形中增加了我國金相取樣設備的研究和開(kāi)發(fā)的難度。

    (3)冶金、機械、汽車(chē)、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(lèi)型多樣化，由于各種金屬材料的物理、化學(xué)等性能不一，使切割機在測定試驗參數，確定*性能指標等方面有很大難度。

    (4)國內的生產(chǎn)廠(chǎng)家因考慮價(jià)格和銷(xiāo)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(dòng)化、自動(dòng)化產(chǎn)品在各種規模，各種類(lèi)型的企業(yè)實(shí)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(zhù)金相制備的*技術(shù)，通過(guò)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的金相制樣設備，獲得手工操作難以實(shí)現的高精度、高性能和再現性好的金相試樣