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        基于磨削深度對凸輪軸磨削燒傷影響的研究

        2019-01-15 00:54:34廖禮鵬彭錦華
        設(shè)備管理與維修 2018年9期
        關(guān)鍵詞:景深凸輪軸檢測法

        廖禮鵬 ,彭錦華

        (1.湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南株洲 412000;2.湖南有色金屬工業(yè)技工學(xué)校,湖南株洲 412000)

        0 引言

        磨削加工時(shí)產(chǎn)生的熱使得所加工的工件表層金相結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化,表面層的硬度發(fā)生改變,影響到工件的使用性能,同時(shí)磨削加工后工件表面呈現(xiàn)出不同顏色的氧化膜,這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。磨削燒傷的根本原因是工件表面材料由于溫度過高導(dǎo)致晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,磨削時(shí)磨削區(qū)域的溫度可達(dá)到(100~1000)℃,可見磨削燒傷和磨削溫度的關(guān)系緊密相連,因此,研究磨削燒傷有助于進(jìn)一步完善磨削溫度的研究。針對干磨條件下不同磨削深度對凸輪軸磨削燒傷影響的實(shí)驗(yàn)研究,將磨削深度為0.001 mm、0.003 mm,0.005 mm,0.01mm和0.15 mm時(shí)加工好的凸輪軸上的凸輪片用超景深顯微鏡和觀色法進(jìn)行磨削燒傷影響的實(shí)驗(yàn)研究。

        1 凸輪軸

        凸輪軸的應(yīng)用非常廣泛,是發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件之一。由一根圓柱形棒體、若干組凸輪組成。它根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作順序、配氣正時(shí)和升程規(guī)律來驅(qū)動氣門及時(shí)開啟和關(guān)閉。凸輪軸輪廓形面由基圓段、緩沖端、加(減)速度、頂端等組成。

        2 實(shí)驗(yàn)方案

        為了找出干磨時(shí)凸輪軸磨削產(chǎn)生磨削燒傷的指導(dǎo)磨削深度及磨削深度對磨削燒傷影響的規(guī)律,選擇砂輪線速度為120 m/s、工件轉(zhuǎn)速為90 r/min,對所選5個(gè)磨削深度(0.001 mm,0.003 mm,0.005 mm,0.01 mm和0.015 mm)分別進(jìn)行磨削實(shí)驗(yàn)的燒傷檢測,用編號為1#~5#的凸輪軸完成實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)完成后再統(tǒng)一進(jìn)行磨削表面燒傷檢測,實(shí)驗(yàn)參數(shù)見表1。

        表1 磨削深度對磨削溫度影響單因素實(shí)驗(yàn)方案

        3 磨削燒傷的檢測方法

        磨削燒傷問題是由于磨削的工藝特點(diǎn)本身所決定的。在工藝參數(shù)、冷卻的方式和磨料狀態(tài)等選擇不得當(dāng)時(shí),對于大多數(shù)含鐵材料而言,極容易出現(xiàn)相當(dāng)深的金相組織的變化層(回火層),嚴(yán)重時(shí)還會出現(xiàn)裂紋,這就是磨削燒傷。磨削燒傷是一個(gè)非常復(fù)雜的現(xiàn)象,它的表現(xiàn)形式也是多種多樣的。磨削燒傷的檢測方法較多,目前常用的檢測磨削燒傷判別的方法有表面顏色檢測法判斷、顯微判別檢測法判斷、金相判別檢測法判斷、酸洗檢測法判斷、成分分析檢測法判斷、渦流檢測法判斷和巴克豪森噪聲檢測法判斷。

        3.1 觀色法

        這種方法也稱目視法,磨削燒傷時(shí)零件表面存在氧化膜,氧化膜的顏色、厚度同燒傷程度對應(yīng)。隨著磨削熱而引起零件溫度升高,鑄鐵和鋼表面氧化膜的顏色有黃色、褐色、紫色、青色、燒傷最嚴(yán)重時(shí)為灰色。通過觀察、識別工件磨削表面的顏色,就可以做出大致的燒傷程度的判斷。這是方法雖然簡單,但需要輔助其他燒傷檢測方法增加其精確性。

        3.2 顯微硬度檢測法

        觀察顯微硬度在磨削變質(zhì)層內(nèi)垂直磨削表面的深度變化辨別燒傷。該檢測方法要制作專門的試樣,生產(chǎn)使用中不方便。

        3.3 金相判別法

        通過光學(xué)或電子顯微鏡觀察工件表面層金相電鏡圖的變化判別燒傷。以燒傷本質(zhì)作為判別標(biāo)準(zhǔn),該檢測方法理論上說是有保障的,但試樣制作起來麻煩,生產(chǎn)中使用時(shí)不太方便。

        3.4 酸洗法

        在不同的情況下,根據(jù)特有電鏡圖的耐腐蝕性獨(dú)特性,酸洗后表現(xiàn)的顏色也會呈現(xiàn)不同,因而可以用來識別有沒有燒傷。此檢測法檢測有沒有裂紋的特征是黑色條紋或當(dāng)中黑、邊緣光亮。該法是目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的檢測軸承制造中磨削燒傷檢測判別方法。該方法檢測燒傷時(shí),準(zhǔn)確性高于通過表面觀察顏色法。缺點(diǎn)是經(jīng)過酸洗后的零件破壞了零件表層組織不能再使用。

        3.5 成分分析法

        如果發(fā)生磨削燒傷,在加工完的工件表面上就會形成一層氧化膜,它表面的化學(xué)成分與基體金屬相對比,發(fā)生了一系列的變化。通過檢測確定工件的表面層的氧化情況以及氧化膜厚度,這種方法是一種比較準(zhǔn)確的磨削燒傷判別方法。

        3.6 渦流檢測法

        該方法通過測定檢測線圈阻抗的變化,測試試件的性能及有無缺陷。由于渦流檢測燒傷是一項(xiàng)綜合判斷技術(shù),因此單因素判斷是有困難的,必須應(yīng)用多頻法。該方法目前還不太成熟,有可能發(fā)展為一種實(shí)用的燒傷檢測方法。

        3.7 巴克豪森噪聲檢測法

        這是一種利用外加磁場作用,改變磁疇其作用方向,通過傳感器來磁通階躍的檢測方法。該檢測方法受被測區(qū)的應(yīng)力、材料組織狀態(tài)、塑性、變形、硬度、晶粒取向等有關(guān)因素的影響,在檢測燒傷發(fā)生時(shí),影響檢測結(jié)果。

        3.8 超景深顯微鏡

        本次磨削燒傷的研究除了利用觀色法外,還采用了VHX-500FE超景深三維顯微鏡進(jìn)行凸輪軸的高速磨削燒傷研究。該設(shè)備由日本KEYENCE公司開發(fā)研究,無需拆卸、切斷工件,只需將工件放在試樣臺上,就能方便地對工件進(jìn)行檢測;同時(shí)通過旋轉(zhuǎn)調(diào)焦旋鈕,就能獲得較高質(zhì)量的3D圖像。此設(shè)備能夠滿足凸輪軸磨削燒傷的檢測要求。本次實(shí)驗(yàn)的磨削燒傷檢測是采用觀色法和超景深顯微鏡檢測磨削燒傷。

        4 磨削深度對磨削溫度影響的單因素實(shí)驗(yàn)

        根據(jù)單因素磨削實(shí)驗(yàn)方案中的實(shí)際情況結(jié)合等差法,分別選取磨削深度 0.001 mm,0.003 mm,0.005 mm,0.01 mm,0.015 mm進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其他因素不變,將所測得到的工件表面最高磨削溫度進(jìn)行整理,得到磨削深度與工件表面磨削溫度的關(guān)系(表2)。表2數(shù)據(jù)表明,隨著磨削深度的增大,磨削溫度也隨之升高。

        表2 磨削深度與工件表面磨削溫度的關(guān)系

        5 磨削深度對凸輪軸磨削燒傷的影響

        在砂輪線速度120 m/s,磨削深度0.001 mm,工件轉(zhuǎn)速90 r/min時(shí)工件磨削表面超景深顯微鏡觀測圖,沒有燒傷痕跡;在砂輪線速度120 m/s,磨削深度0.003 mm,工件轉(zhuǎn)速90 r/min時(shí)工件磨削表面超景深顯微鏡觀測圖,此時(shí)放大倍數(shù)為200倍,可以看到磨削后的凸輪工件表面呈淡淡的黃色,以及細(xì)細(xì)的裂紋,說明已經(jīng)存在磨削燒傷;在砂輪線速度120 m/s,磨削深度0.005 mm,工件轉(zhuǎn)速90 r/min時(shí)工件磨削表面超景深顯微鏡觀測圖,此時(shí)放大倍數(shù)為200倍,可以看到磨削后的凸輪工件表面的黃色增多,以及裂紋增多變大,和磨削深度為0.003 mm相比,磨削燒傷程度增大;在砂輪線速度120 m/s,磨削深度0.01 mm,工件轉(zhuǎn)速90 r/min時(shí)工件磨削表面超景深顯微鏡觀測圖,此時(shí)放大倍數(shù)為50倍,可以看到磨削后的凸輪工件表面呈青色,及粗大裂紋,和磨削深度為0.005 mm相比,磨削燒傷程度增大;在砂輪線速度120 m/s,磨削深度0.015 mm,工件轉(zhuǎn)速90 r/min時(shí)工件磨削表面超景深顯微鏡觀測圖,此時(shí)放大倍數(shù)為20倍,可以看到磨削后的凸輪工件表面呈青灰色,以及粗大裂紋,和磨削深度0.01 mm相比,磨削燒傷程度明顯增大。

        6 結(jié)論

        從以上的分析可以得出,凸輪軸表面的磨削溫度越高,燒傷越嚴(yán)重,且在磨削深度0.015 mm時(shí)磨削溫度最高,燒傷也最嚴(yán)重。因此,可以得出結(jié)論:在其他磨削參數(shù)不變的情況下,磨削深度的不斷增大,凸輪軸表面的燒傷程度也隨著增大。這是因?yàn)槟ハ魃疃鹊脑龃髮?dǎo)致磨削熱的增多,而磨削熱的增多導(dǎo)致了磨削溫度的上升。

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