在機(jī)械類產(chǎn)品中,很多重要零部件如軸承、齒輪、曲軸、凸輪軸、活塞銷和萬向節(jié)等,在熱處理之后均需經(jīng)過磨削加工。相比之下,磨削時(shí)單位切削面積上的功率消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它加工方法,所轉(zhuǎn)化熱量的大部分會(huì)進(jìn)入工件表面,因此容易引起加工面金相組織的變化。在工藝參數(shù)、冷卻方法和磨料狀態(tài)選擇不當(dāng)?shù)那闆r下,工件在磨削過程中極易出現(xiàn)相當(dāng)深的金相組織變化層(即回火層),并伴隨出現(xiàn)很大的表面殘余應(yīng)力,甚至導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋,這就是所謂的磨削燒傷問題。
零部件的表面層燒傷將使產(chǎn)品性能和壽命大幅度地下降,甚至根本不能使用,造成嚴(yán)重的質(zhì)量問題。為此,生產(chǎn)企業(yè)一方面通過執(zhí)行正確、科學(xué)的工藝規(guī)范,減輕和避免出現(xiàn)磨削燒傷現(xiàn)象;另一方面,加強(qiáng)對(duì)零部件的檢驗(yàn),及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合格工件,并判斷正在進(jìn)行的磨削工藝狀況。
但長(zhǎng)期以來,對(duì)工件表面磨削燒傷的檢驗(yàn),除了目測(cè)法外,就是采用已延續(xù)多年的傳統(tǒng)方法——酸洗法,即在被檢零部件表面涂上酸液或?qū)⑵浣胧⒂邪匆?guī)定配制的酸液槽中。之后(或在把工件取出后)根據(jù)表面呈現(xiàn)的不同顏色,對(duì)磨削燒傷的程度作出相應(yīng)的判斷。一般地說,若色澤沒有變化,就表明情況正常;而當(dāng)顏色變成灰色,則說明已有燒傷情況存在,隨著色澤變得越來越深,表示工件表面因溫度更高,引起的磨削燒傷更為嚴(yán)重。
傳統(tǒng)檢查方法雖然簡(jiǎn)單易行,但有著很大的局限性,主要是工件表面經(jīng)酸液浸蝕,即使為無問題的零部件,也不能再予以使用。傳統(tǒng)方法執(zhí)行的實(shí)際上是一種破壞性檢查。
從以上描述可知,酸洗法本質(zhì)上屬于定性檢查,難以對(duì)磨損燒傷程度做出定量的說明。
鑒于上面兩點(diǎn),采取傳統(tǒng)方法時(shí),只能采用抽檢的方式,且樣本很小,欲對(duì)所執(zhí)行的工藝過程作出較確切的評(píng)價(jià)并予以改進(jìn)是很困難的。
理論表明,酸洗法檢驗(yàn)只能反映因金相組織結(jié)構(gòu)變化引起的硬度下降這種情況,對(duì)于工件表面存在的殘余應(yīng)力則無法反映,故在全面揭示磨削燒傷的程度上顯得不足。
另一方面,由于使用了酸液,企業(yè)增加了消除環(huán)境污染的負(fù)擔(dān);傳統(tǒng)檢查方法的規(guī)范化可靠性水平較低,更難以制定可操作性強(qiáng)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。
一種新穎、高效的磨削燒傷檢測(cè)方法——磁彈法,即BN法(Barkhansen Noise Method)
磁彈法即BN法(Barkhansen Noise Method),是以1919年發(fā)現(xiàn)的物理學(xué)Barkhansen效應(yīng)為基礎(chǔ)開發(fā)的一種測(cè)試方法,它能有效地對(duì)磨削燒傷進(jìn)行測(cè)試。近年來,利用磁彈法研制的測(cè)試儀器已在零部件表面磨削燒傷檢測(cè)中逐步得到應(yīng)用,并充分顯現(xiàn)出*性。
*,出現(xiàn)磨削燒傷的那些零部件,主要由鐵磁性材料制成,在正常情況下,其磁序(體現(xiàn)在多晶體的磁疇結(jié)構(gòu)里)呈有規(guī)則的排列。但如前所述,磨削燒傷后產(chǎn)生的金相組織變化及可能出現(xiàn)的很大殘余應(yīng)力都將引起磁疇結(jié)構(gòu)內(nèi)的磁序變化。Barkhausen效應(yīng)指出,矯頑(磁)力,即改變被顛倒極性所需要的磁場(chǎng)強(qiáng)度是與鐵磁性材料晶格結(jié)構(gòu)錯(cuò)位和殘余應(yīng)力等的程度有關(guān)的。利用BN法探測(cè)被檢零部件表面磨削燒傷的機(jī)理就在于此。
在BN法基礎(chǔ)上開發(fā)的檢測(cè)儀器的工作原理中,“門”形電感線圈形成的磁場(chǎng)在被測(cè)鋼件中所產(chǎn)生的效應(yīng)取決于工件表面磨削燒傷的實(shí)際狀況,而由此在工件周圍所形成的磁場(chǎng)又會(huì)使測(cè)頭在測(cè)試區(qū)域的感應(yīng)線圈中產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào),而這一信號(hào)直接與工件磨削燒傷的程度有關(guān)。測(cè)試儀器的工作過程:由電感線圈引起相應(yīng)的作用磁場(chǎng),通過被檢工件,進(jìn)而在傳感頭中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)(稱為B信號(hào)),該B信號(hào)經(jīng)過放大和濾波等處理環(huán)節(jié),后被顯示和輸出。
磨削燒傷的物理表現(xiàn)主要是因表面金相組織結(jié)構(gòu)變化而產(chǎn)生的回火層所引起的硬度下降,以及在表面出現(xiàn)的殘余應(yīng)力(拉應(yīng)力)。檢測(cè)儀器對(duì)它們都能作出敏感的反映。隨著被檢工件表面硬度值Rc由高向低變化,檢測(cè)儀器輸出的相應(yīng)B信號(hào)幅值將由小到大,即硬度低對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)高,硬度高對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)低。由儀器對(duì)表面殘余應(yīng)力的反應(yīng)可見,當(dāng)殘余應(yīng)力由小到大,即由負(fù)(壓應(yīng)力)向正(拉應(yīng)力)變化時(shí),檢測(cè)儀器輸出的相應(yīng)B信號(hào)幅值將由低向高變化。
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