3.2 固定工件,砂轮片移动的试样切割机
(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砂轮片。砂轮片固定在摆臂的主轴上,电机通过皮带带动主轴转动。零件用卡具固定在工作台上,摇动摆臂使砂轮片移动切割工件。砂轮片固定在摆臂上,排除了电机对切割零件的影响,可使零件的切割长度范围不受限制。如采用直径<250mm砂轮片,其最大切割直径<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砂轮片,电机和砂轮轴支撑架安装在同一滑板上,手摇手轮或步进电机驱动滑板,从而实现手动或自动进刀和退刀运动。创新采用内置式全方位循环冷却系统,使冷却液双向多孔喷射在砂轮片两侧,并利用砂轮片的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,砂轮片不易走斜和弯曲;试样切口光滑、平直;砂轮片不易磨损和破裂;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。退刀由行程开关控制快速退刀提高工作效率。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。如采用直径<300mm砂轮片,最大切割直径<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。切割过程采用弧形进刀方式。配备3kW电机和<254mm的切割片可切割直径为<76mm的试样。 ABRASIMATIC型自动砂轮片切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,由于砂轮片可以垂直方向定位,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,切割直径可达<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,切割最大直径达<90mm。这是在提高砂轮片强度的情况下,减小砂轮片夹片直径达到的。
StruersExotom2100型切割机属于工件固定,砂轮片摆动的机型。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,砂轮片平行移动的机型,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。最大切割直径<125mm。
4 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轮轴调速的研究,国外的先进机型如Accutom25/50,StruersDiscotom250和Secomtom2100型配备了砂轮轴的无级调速系统,可使同一砂轮片切割不同的材料,提高砂轮片的适应能力。又如,一些切割机配备了切割参数的数据库,根据不同试件调整压力和切割速度,提高制样质量和效率。
砂轮片材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,棕刚玉适用于切割碳素钢、普通合金钢、硬青铜。白刚玉适用于切割合金钢、淬火钢、工具钢、高速钢。黑碳化硅适用于切割灰铸铁、黄铜和非金属材料。绿碳化硅适用于切割硬质合金和玻璃。金刚石适用于切割硬质合金、铸铁、玻璃、石英、半导体、陶瓷以及非碳化物的高硬度材料。立方氮化硼适应于切割硬质合金、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轮片,根据试样的不同材料和硬度进行选择。国内生产的金相砂轮片品种单一,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,砂轮片比较脆。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,这无形中增加了我国金相取样设备的研究和开发的难度。
(3)冶金、机械、汽车、拖拉机、兵器、航天航空、轴承、工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参数,确定最佳性能指标等方面有很大难度。
(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。
5 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室得到广泛应用,使操作者的工作量减少,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。