外文翻譯--金剛石刀具磨損的評價(jià) 中文版

1 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 原 文 題 目 ： of 原 文 來 源 ： 2005) 26: 959 964 學(xué) 生 姓 名 ： 學(xué) 號： 所在院 (系 )部： 專 業(yè) 名 稱： 2 金剛石刀具磨損的評價(jià) W S 到： 5 月 28日 2003/接受： 1月 9日 2004/出版： 2004年 5月 19，斯普林格倫敦有限公司 2004 年 摘要 目前的研究提出了一個(gè)關(guān)于燒結(jié)而成的金剛石刀具磨損的測試 草案 。 一系列 能夠表達(dá)刀具磨損等級特征的參數(shù) ， 以及這些參數(shù)與被檢驗(yàn)刀具的切削能力之間的關(guān)系 被建立起來。 該 草案 制定了即將要進(jìn)行測試的過程、需要的儀器 、所用 材料的性質(zhì)特征以及提交測得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的報(bào)告的格式。此先進(jìn)的測試 草案 表明了一種普遍可用的測量金剛石刀具磨損的方法。這也是正確地進(jìn)行磨損試驗(yàn)與可靠地解釋試驗(yàn)結(jié)果的依據(jù)。 草案 發(fā)展到迄今主要是應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)， 分析所得測量值的遲緩性和精確性。假使缺少全部標(biāo)準(zhǔn)，該草案 能夠吸引國內(nèi)和國外的標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)的關(guān)注。 該草案 也已經(jīng)應(yīng)用于兩種類型的刀具，所測定的結(jié)果顯示很可靠并且可以應(yīng)用。研究中擬定的測試 草案 使克服有關(guān)刀具性能技術(shù)數(shù)據(jù)不足的難題成為可能，由于刀具的生產(chǎn)具有專利性質(zhì)，所以，該 草案 在這個(gè)領(lǐng)域是個(gè)很典型的提議。 關(guān)鍵 詞 ： 切削 刀具；燒結(jié)金剛石 銑刀 ；宏 觀 幾何磨損參數(shù)；測試 草案 ；磨損 1 引言 在工業(yè)領(lǐng)域中和城市建設(shè)中，由于不斷增加對擁有復(fù)雜幾何形狀的天然石材元件提供的強(qiáng)烈需求，這就必須要使用日益增加的自動(dòng)柔性機(jī)床，例如數(shù)字控制組合加工中心。這些加工中心能夠通過金剛石磨削來實(shí)現(xiàn)大量的操作指令。現(xiàn)在還沒有對這樣的作業(yè)實(shí)行切屑過程優(yōu)化的研究，所以，一種時(shí)而不完美的解決方法已經(jīng)被接受。優(yōu)化就意味著降低加工成本 切屑時(shí)間 改進(jìn)不同的影響因素所得到的產(chǎn)品質(zhì)量，例如切屑力、刀具的性質(zhì)、過程溫度和振動(dòng)。決定性的一點(diǎn)就是現(xiàn)行的刀具。與磨損 過程相關(guān)的刀具性質(zhì)的優(yōu)化會帶來整個(gè)過程的優(yōu)化。現(xiàn)在的研究目的是理解金剛石刀具的磨損過程。這種研究對能量損耗和刀具壽命有很大的影響。特殊地，金剛石刀具磨損需要適當(dāng)?shù)慕缍ê蜏y量?？偠灾?，以清晰明確的方式建立相關(guān)參數(shù)是非常必要的，這些參數(shù)可以通過可靠并且可利用的程序來描述磨損過程和測量方法。目前研究的目的是確定一個(gè)關(guān)于金剛石燒結(jié)刀具磨損的測試 草案 。由于缺 3 少用來指導(dǎo)有關(guān)金剛石燒結(jié)刀具磨損試驗(yàn)方法的書目參考和標(biāo)準(zhǔn)，而且還要進(jìn)行可獲得應(yīng)用性和比較性較好的試驗(yàn)結(jié)果的宏幾何學(xué)磨損試驗(yàn)，這使得制定一個(gè)可提供普遍正確樣式的適 應(yīng)性好的測試 草案 變得緊迫。此 草案 是正確地進(jìn)行試驗(yàn)和可靠地解釋試驗(yàn)結(jié)果必不可少的工具。它為石料切削公司比較生產(chǎn)商所賣相似刀具的性能提供了可行性。但是，在切削過程中，存在的性能還是有所不同。實(shí)際上，從目前的狀況看，現(xiàn)在市場上的金剛石刀具完全通過它們所擁有的材料的性能來描述，而其他的技術(shù)特性都受限于產(chǎn)業(yè)專利，所以，云石和花崗巖加工公司卻全然不知。這個(gè) 草案 能夠讓刀具生產(chǎn)商通過和其他競爭者比較來評價(jià)他們的刀具性能，與此同時(shí)，還可以利用賣方刀具的有效期信息來配備他們的供應(yīng)。這最后的方面代表一種服務(wù)，即變換器要求增加持續(xù) 的強(qiáng)迫動(dòng)作。對于單刃刀具來說，組成這個(gè) 草案 的指標(biāo)已經(jīng)從現(xiàn)存的標(biāo)準(zhǔn)中去除。發(fā)展到迄今的 草案 認(rèn)為試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的，指定試驗(yàn)涉及的精度和遲緩性。此 草案 容許金剛石過程磨損知識的發(fā)展，這種金剛石是構(gòu)成加工天然石材的刀具，也是構(gòu)成加工優(yōu)化方法的基本。下面的段落用來描述加工天然石材的金剛石刀具的性能，以及它們自身與磨損的關(guān)系。測試 草案 及其在兩種刀具上的應(yīng)用將在接下來的段落里描述。 2 加工天然石材的金剛石燒結(jié)刀具的磨損 應(yīng)用于天然石材加工的金剛石刀具可以根據(jù)刀削工具來分類：如線狀刀具、片狀刀具、盤狀刀具和磨削刀 具，還有加工平面的機(jī)床，例如具有不同類型和輪廓的磨床和銑床。兩個(gè)例子中的刀具都由支承、超級 承是研磨料顆粒固定在刀具的那部分，它賦予刀具適當(dāng)?shù)男问?，它把機(jī)械能從機(jī)床輥?zhàn)觽鬟f到研磨料顆粒，同時(shí)吸收加工過程中產(chǎn)生的力。超級 的性能是粒度測量、造型和限制基體密集度。粒度測量表示對超級 據(jù)實(shí)際存在的晶粒性質(zhì)判斷，研磨料顆粒的形式可能是規(guī)則的，也可能是不規(guī)則的。密集度是扇形單位容量的重量值。結(jié)合體是用研磨料顆粒來阻塞刀具支 承的硅鋁合金，利用工業(yè)上正確的技術(shù)方法，它能夠更加經(jīng)濟(jì)地用來實(shí)現(xiàn)切屑加工、銑削加工、磨削加工、精加工以及仿形加工等。此結(jié)合體必須保證兩個(gè)相反的要素：提高切屑能力和延長刀具壽命。最后，結(jié)合體必須具有適用于超級 如允許試驗(yàn)過程中出現(xiàn)與之相關(guān)的隆起以及被加工材料的性征，但最重要的是此結(jié)合體必須要允許存在于母體內(nèi)部新的晶粒積極的彌補(bǔ)已磨損晶體的損失。配制此結(jié)合體混合物的金屬有鐵、銅 4 、鎢、鈷、以及鎳。金剛石刀具磨損是金剛石晶粒和刀具材料結(jié)合物磨損發(fā)展的結(jié)果。它可以用下面的步驟順序來描述 。 首先，由于結(jié)合面的腐蝕，結(jié)合體表面的晶體隆起不斷增加使晶粒和工件相接觸。一種突起的結(jié)晶物出現(xiàn)在刀具表面。這種微小高度的隆起導(dǎo)致刀具切屑能力的下降。這種堅(jiān)硬的結(jié)合體將會使超級 至于在金剛石晶粒完全出現(xiàn)在結(jié)合體上之前，刀具區(qū)段就產(chǎn)生了研磨。結(jié)合體的逐漸腐蝕使全部的結(jié)晶物出現(xiàn)在刀具區(qū)段的表面上所有的結(jié)晶體是具有較大高度隆起和微小表面破壞的金剛石顆粒。它具有很好的切屑性能。一旦工件被接觸，晶粒便大量地環(huán)繞形成，以至于在晶粒頂部好似形成一個(gè)小高原，它可以產(chǎn)生磨光晶粒的機(jī)械摩擦和熱作 用。部分晶粒的高百分率使刀具區(qū)段的表面變得透明，這會導(dǎo)致效率較低的切屑能力。刀具旋轉(zhuǎn)所帶來與工件的間歇性接觸，導(dǎo)致金剛石晶粒產(chǎn)生周期性載荷。由于工件的不同特性和機(jī)械振動(dòng)，這種現(xiàn)象會被擴(kuò)大。金剛石晶粒的產(chǎn)物可以通過增加晶體表面的切屑邊緣數(shù)量的微裂縫和微裂紋來描述，盡管他們會減小滲透深度。磨損的逐漸加劇會導(dǎo)致完全破碎的微?；蛘吣阁w的破損，這種磨損會使金剛石晶粒被釋放。由于結(jié)合體金剛石晶粒的釋放以及產(chǎn)生的組織分裂，使得這種脫落成為一種現(xiàn)象。當(dāng)金剛石晶粒在其有效期結(jié)束前從金屬粘合物上脫落，這會加速刀具的磨損。在這個(gè) 例子中，最終的分裂將會很大，它將包括在金剛研磨料顆粒出現(xiàn)前所考慮到的結(jié)合體磨損。相反地，如果晶粒在它的使用壽命結(jié)束后從金屬結(jié)合體上脫落，分裂將不會很深，移動(dòng)新的晶粒也不需要消耗太多的結(jié)合體體積。脫落現(xiàn)象歸結(jié)為切屑力或保持固定金剛石結(jié)構(gòu)的凝聚力的增加。新的晶粒將會出現(xiàn)在刀具加工表面，此時(shí)，磨損周期將再一次開始。 金剛石刀具磨損的進(jìn)程消耗組成刀具的金剛石和結(jié)合物質(zhì)。這就意味著整個(gè)刀具的重量和直徑尺寸的減少以及金剛石刀具圓柱形狀的改變。刀具從它原始的 圓柱邊界線處開始移動(dòng)我們通過決定于整個(gè)刀具的四個(gè)變量對金剛石磨頭 的耗損進(jìn)行評價(jià)：刀具重量的減少；刀具直徑的減小；刀具外形圓柱度和磨削率的變化。圓柱度是旋轉(zhuǎn)表面上所有的點(diǎn)與公共軸線等距離的狀態(tài)。 這三個(gè)宏幾何學(xué)變量都與磨損進(jìn)程直接相關(guān)，同時(shí)，它們的測量都很容易?？梢杂脕肀O(jiān)視石料加工過程中的磨頭磨損。它們被叫做宏幾何學(xué)磨損變量。 3 燒結(jié)金剛石刀具的宏幾何學(xué)磨損測試 草案 關(guān)于宏幾何學(xué)磨損的 草案 明確了測試過程中的待加工材料，工件的標(biāo)準(zhǔn)條件， 5 工件的性質(zhì)；使用的冷卻液和應(yīng)用的切削條件。在進(jìn)行試驗(yàn)的過程中，機(jī)床必須具有剛性的結(jié)構(gòu)，不能有振動(dòng)的傾向和不規(guī)則的變形。試驗(yàn)用的機(jī)床要有控制 速度持續(xù)變化的指令，來補(bǔ)償現(xiàn)行加工過程中應(yīng)用的整個(gè)速度范圍。實(shí)現(xiàn)有關(guān)刀具壽命試驗(yàn)所采用的方法與完成有關(guān)注釋觀測結(jié)果和測量的方法相同。宏幾何學(xué)磨損試驗(yàn)由順次進(jìn)行的各種切削過程和插入介于兩切口之間的宏幾何學(xué)磨損參數(shù)測量值組成。試驗(yàn)報(bào)告要由關(guān)于去除材料體積的紅幾何學(xué)磨損參數(shù)相關(guān)趨勢的圖表，下面是我們草案 的全部正文。 床材料 使用在天然石材加工領(lǐng)域的材料有很大的數(shù)目，利用不同性質(zhì)的材料或者性質(zhì)相似的材料進(jìn)行對比性試驗(yàn)是不可取的。由于此原因，所用機(jī)床材料的性能必須規(guī)定在試驗(yàn)一覽表中根據(jù)表 2 所列出了兩種論述的 花崗巖的具體細(xì)節(jié)，這兩種花崗石是：黑色非洲花崗巖和撒丁島花崗巖。 件的標(biāo)準(zhǔn)條件 切屑試驗(yàn)必須包含整個(gè)刀具的表面（例如，切屑徑向深度必須要等于刀具的直徑）。在試驗(yàn)過程中，必須要在能夠減小工件的振動(dòng)且具有一定面積的板坯上進(jìn)行試驗(yàn)。固定工件的轉(zhuǎn)軸和平臺必須要保持良好穩(wěn)定性和平衡性。必須要避免工件定位在工作臺時(shí)產(chǎn)生的變形。 具 刀具的劇烈磨損決定于現(xiàn)行刀具的組成材料。在繼續(xù)的試驗(yàn)過程中，所使用的刀具的特性必須根據(jù)表 3中論述的兩種刀具的指示信息進(jìn)行規(guī)定。 削液 所有切削液不變的切屑試驗(yàn)都 必須利用水作為切削液，這樣才能完成。切削液必需直接噴濺在刀具表面上并且完全作用在刀具的工作部分，如果可能的話，最好顯示后續(xù)試驗(yàn)過程的噴濺能力和噴流壓力。 削條件 所有切削試驗(yàn)中的進(jìn)給速度 f、軸向切削深度 中所示的參考值。如果研究的目的是評價(jià)刀具磨損和切削參數(shù)之間的關(guān)系，那么切削條件必須通過實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法（ 設(shè)計(jì)制定許多不同的等級，使其包含在來自產(chǎn)業(yè)觀點(diǎn)興趣的范圍內(nèi)。 幾何學(xué)磨損試驗(yàn)法 6 3 1 引言 刀具耐用度試驗(yàn)的 目的是通過實(shí)驗(yàn)性檢驗(yàn)確定一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)如何產(chǎn)生對切削刀具壽命的影響。由于加工方法的不同，決定特殊材料切削刀具壽命結(jié)束的原因也常常是不同的。最簡單的例子就是發(fā)生在刀具完全報(bào)廢的時(shí)候。在大量的實(shí)例中，刀具的逐漸磨損和所實(shí)行的切削操作都令人感到很不滿意，例如，切削力的增加和加工過程中的變形和振動(dòng)。固定比較性的因素決定刀具壽命的終止。 金剛石刀具磨損是金剛石和結(jié)合體逐漸消耗的結(jié)果。金剛石晶粒的磨損與晶粒的性質(zhì)的關(guān)系緊密相關(guān)，粘結(jié)體的消耗是粘結(jié)硬化的函數(shù)，宏幾何作用就是組成區(qū)段層的金剛石晶粒消失和損壞以及結(jié)合體的腐蝕 。宏幾何作用的結(jié)果會導(dǎo)致刀具直徑和重量隨著刀具柱狀形狀的適時(shí)變化而減小。金剛石刀具磨損的發(fā)展強(qiáng)烈地影響刀具的性能，而且還會影響到石材加工的效果和效率。實(shí)際上，一個(gè)磨損的刀具會加快切屑能力的損失，增加制造切屑過程中的振動(dòng)的數(shù)目以及產(chǎn)生斷續(xù)切屑過程的可能性。所以，最終的石材制品上就會出現(xiàn)片狀或波浪形誤差。因此，刀具的性能是石材加工的關(guān)鍵因素。 3 2 機(jī)床 在測試過程中，應(yīng)用于試驗(yàn)的機(jī)床一定要具備剛性結(jié)構(gòu)，而且不能具有不規(guī)則振動(dòng)和彎曲變形的趨勢。試驗(yàn)用的機(jī)床要有控制速度持續(xù)變化的指令，來補(bǔ)償現(xiàn)行加工過 程中應(yīng)用的整個(gè)速度范圍。此外，變化的速度指令容許切屑速度的精確設(shè)定，還可以減少獲得刀具壽命曲線所需要的時(shí)間。 3 3 儀器設(shè)備 為了能夠驗(yàn)證顯示在當(dāng)時(shí)指示儀器上的誤差，必須要準(zhǔn)備好實(shí)行必要測量并且制造準(zhǔn)確的下列儀器： 記錄切屑時(shí)間的秒表 測量刀具尺寸的具有測微裝置的光學(xué)顯微鏡 靈敏度為 電子秤 測量切屑液流速的儀器（可以通過測量已知容積容器的排空時(shí)間來獲得） 幾何磨損試驗(yàn)的過程 由于每個(gè)具體例子的情況是變化的，所以，刀具壽命的試驗(yàn)過程只能泛泛地描述。完成刀具壽命試驗(yàn)采用的方法與 完成良好加工過程所用的方法相同，此加工過程包括采用必要的預(yù)防措施，記錄觀測值以及進(jìn)行必要的測量。 7 在開始試驗(yàn)之前，必須保證機(jī)床、工件和刀具與當(dāng)時(shí) 草案 中的指示相一致。 驗(yàn)的概況總結(jié)與試驗(yàn)結(jié)果的表達(dá) 由此試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論： 刀具直徑隨石材減少體積不斷增加的變化 刀具重量隨石材減少體積不斷增加的變化 刀具圓柱度隨石材減少體積不斷增加的變化 4 應(yīng)用舉例 這個(gè)可靠的 草案 已經(jīng)被一個(gè)加工兩種類型花崗巖的知名生產(chǎn)商用來研究投入市場的兩種刀具的磨損（見表 1）。關(guān)于非洲黑色花崗巖和撒丁島花崗巖的切屑試驗(yàn)已經(jīng) 被實(shí)施，這兩種花崗巖的特性必須要根據(jù)表 2 中所給出的測試 草案 來報(bào)表。線性切屑要在尺寸為 1000板坯上實(shí)行，為了得到機(jī)床工作臺上適用于 090屑加工處必須與下一個(gè)切屑加工處要保持一定的距離，以保證彼此間的完全獨(dú)立性。兩種類型刀具的特征參數(shù)參見表 3。考慮到現(xiàn)行磨床要適當(dāng)布置噴油系統(tǒng)和防塵系統(tǒng)的因素，水被直接噴濺在切屑區(qū)域。水也是加工中普遍運(yùn)用的切削液。表 5 中所給定的試驗(yàn)條件正用于 3 軸數(shù)控加工中心，使其具有連續(xù)控制卡盤旋轉(zhuǎn)速度和進(jìn)給的速度的裝置。在每次切屑結(jié)束時(shí)，為了清除加工尾渣，刀具必須要遠(yuǎn)離主軸放置，清潔好刀具，然后，對刀具的直徑、重量 和圓柱度進(jìn)行評析。磨頭的重量通過靈敏度為 電子秤來測量，直徑利用雷卡光學(xué)顯微鏡在均勻分布在刀具分界面上的六個(gè)位置的測量值來獲得，磨頭直徑被看作這六次相關(guān)測量的平均值。顯微鏡具有 分辨率和大約 測量誤差。直徑的測量也被用于評析刀具的圓柱度。直徑在一組同軸圓柱中的測量值已被確定兩同軸圓柱間的徑向距離等于圓柱度引起的公差值。 表 1. 測試 草案 舉例 機(jī)床材料 黑色非洲花崗巖 參見表 2中所示性質(zhì) 撒丁島花崗巖 參見表 2中所示性質(zhì) 測試 草案 8 工件的標(biāo)準(zhǔn)條件 板坯 尺寸 1000寸 1000具 參見表 3中所示性質(zhì) 參見表 3中所示性質(zhì) 切屑液 水 壓強(qiáng) 速 10 l切屑條件 進(jìn)給速度 f 見表 4 軸向切削深 度 a 見表 4 切削速度 見表 4 宏幾何磨損試驗(yàn)過程 機(jī)床 3軸數(shù)控加工中心 儀器 雷卡光學(xué)顯微鏡 靈敏度 電子秤 靈敏度 表 靈敏度 具磨損測試過程 9 均勻分布在刀具長度方向上直徑的 6次測量值 每個(gè)工部后刀具重量的 3次測量值 結(jié)論概括 刀具直徑隨石材減少體積不斷增加的變化 刀具重量隨石材減少體積不斷增加的變化 刀具圓柱度隨石材減少體積不斷增加的變化 表 2. 加工材料的性質(zhì) 密度 kg/ 2608 3010 吸水率 % 壓強(qiáng)度 145 180 抗磨強(qiáng)度 40 65 沖擊抗力 90 90 努氏硬度 5000 3000 果與討論 試驗(yàn)已經(jīng)得出：預(yù)定義宏幾何學(xué)變量變化的限定條件是石料減少體積的函數(shù)，這就意味著要及時(shí)監(jiān)視宏幾何學(xué)磨損變量。 圖 1 表明了兩種磨削刀具直徑的變化趨勢。 床的曲線是關(guān)于石材減少體積擴(kuò)大到大約 90000們具有線性趨勢。 床的曲線是石材減少體積達(dá)到 50000的直徑變化，它們具有 非線性的趨勢。磨頭直徑總的減少量與這兩種論述的刀具相同：大約 6就意味著在刀具報(bào)廢前， 床的機(jī)械切削加工量為 床石料數(shù)量的一半。線性趨勢涉及適時(shí)的恒定磨損率，所材料特性 撒丁島花崗巖 黑色非洲花崗巖 10 以，磨頭的進(jìn)一步磨損可以很容易的預(yù)見。圖 2 表明了兩種磨頭重量的減小，兩種曲線的對比應(yīng)用在前面出現(xiàn)的直徑減小分析的圖樣論述中。 床的重量是成線性減少的，顯示了線性磨損率和均勻降低的切屑能力。圖 3 表明了兩種磨床刀具圓柱度是石料減少體積的函數(shù)。 床 的圓柱度曲線從 劇增加到 就意味著 磨損進(jìn)行到快結(jié)束時(shí)， 頭的圓柱分界面出現(xiàn)大約 基體分布（ 75%重量減少值）。石材加工過程中記錄的曲線圖樣隨著逐漸磨損急劇變化，切削槽的結(jié)合體表面形成凸起的分布輪廓，這使得與其余鋪設(shè)裝飾物相聯(lián)結(jié)變得十分困難。所以，為了獲得更高的圓柱度等級，必須要在進(jìn)行的磨光過程中，減少或降低由磨損的加工磨頭所帶來的圓角外形輪廓。最后，已論述的 3 個(gè)宏幾何學(xué)變量表明 床具有比 床更高的切屑性能，在報(bào)廢前，它可以加工較大數(shù)量的石材。刀具重量和直徑的減少量與減少花崗巖的體積是成線性的，因此，我們可以非常容易地計(jì)算由磨損的逐漸進(jìn)行所引起的磨頭直徑的變化，這通常被用來調(diào)整數(shù)控加工磨頭軸線的方向，此外，磨頭的柱 狀外形不隨磨損的進(jìn)行而變化?？傮w 來說，我們可以說此先進(jìn)的 草案 可以讓我們按照刀具的特性來完成結(jié)果的測量以及對具有不同特征的刀具進(jìn)行比較分析。 石材減少體積（ 圖 1. 刀具直徑隨石材減少體積不斷增加的變化 平均磨頭直徑（11 表 3. 刀具特性 刀具特性 合物化學(xué)組成 o= o=形金屬網(wǎng) # 45/50 45/50 金剛石密度 刀具重量 g 238 177 刀具直徑 23 20 區(qū)段數(shù) 5 6 區(qū)段深度 35 44 表 4. 切削標(biāo)準(zhǔn)條件 石材 軸向切削深度 切削速度 進(jìn)給率mm/花崗巖 20 5000 300 大理巖 20 5000 400 花崗巖 30 4500 200 大理巖 30 5000 400 花崗巖 40 4500 200 大理巖 40 4500 400 表 5. 實(shí)驗(yàn)設(shè)定 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