外文翻译--金刚石刀具磨损的评价 中文版

1 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 原 文 题 目 ： of 原 文 来 源 ： 2005) 26: 959 964 学 生 姓 名 ： 学 号： 所在院 (系 )部： 专 业 名 称： 2 金刚石刀具磨损的评价 W S 到： 5 月 28日 2003/接受： 1月 9日 2004/出版： 2004年 5月 19，斯普林格伦敦有限公司 2004 年 摘要 目前的研究提出了一个关于烧结而成的金刚石刀具磨损的测试 草案 。 一系列 能够表达刀具磨损等级特征的参数 ， 以及这些参数与被检验刀具的切削能力之间的关系 被建立起来。 该 草案 制定了即将要进行测试的过程、需要的仪器 、所用 材料的性质特征以及提交测得实验结果的报告的格式。此先进的测试 草案 表明了一种普遍可用的测量金刚石刀具磨损的方法。这也是正确地进行磨损试验与可靠地解释试验结果的依据。 草案 发展到迄今主要是应用于实验室试验， 分析所得测量值的迟缓性和精确性。假使缺少全部标准，该草案 能够吸引国内和国外的标准制定机构的关注。 该草案 也已经应用于两种类型的刀具，所测定的结果显示很可靠并且可以应用。研究中拟定的测试 草案 使克服有关刀具性能技术数据不足的难题成为可能，由于刀具的生产具有专利性质，所以，该 草案 在这个领域是个很典型的提议。 关键 词 ： 切削 刀具；烧结金刚石 铣刀 ；宏 观 几何磨损参数；测试 草案 ；磨损 1 引言 在工业领域中和城市建设中，由于不断增加对拥有复杂几何形状的天然石材元件提供的强烈需求，这就必须要使用日益增加的自动柔性机床，例如数字控制组合加工中心。这些加工中心能够通过金刚石磨削来实现大量的操作指令。现在还没有对这样的作业实行切屑过程优化的研究，所以，一种时而不完美的解决方法已经被接受。优化就意味着降低加工成本 切屑时间 改进不同的影响因素所得到的产品质量，例如切屑力、刀具的性质、过程温度和振动。决定性的一点就是现行的刀具。与磨损 过程相关的刀具性质的优化会带来整个过程的优化。现在的研究目的是理解金刚石刀具的磨损过程。这种研究对能量损耗和刀具寿命有很大的影响。特殊地，金刚石刀具磨损需要适当的界定和测量。总而言之，以清晰明确的方式建立相关参数是非常必要的，这些参数可以通过可靠并且可利用的程序来描述磨损过程和测量方法。目前研究的目的是确定一个关于金刚石烧结刀具磨损的测试 草案 。由于缺 3 少用来指导有关金刚石烧结刀具磨损试验方法的书目参考和标准，而且还要进行可获得应用性和比较性较好的试验结果的宏几何学磨损试验，这使得制定一个可提供普遍正确样式的适 应性好的测试 草案 变得紧迫。此 草案 是正确地进行试验和可靠地解释试验结果必不可少的工具。它为石料切削公司比较生产商所卖相似刀具的性能提供了可行性。但是，在切削过程中，存在的性能还是有所不同。实际上，从目前的状况看，现在市场上的金刚石刀具完全通过它们所拥有的材料的性能来描述，而其他的技术特性都受限于产业专利，所以，云石和花岗岩加工公司却全然不知。这个 草案 能够让刀具生产商通过和其他竞争者比较来评价他们的刀具性能，与此同时，还可以利用卖方刀具的有效期信息来配备他们的供应。这最后的方面代表一种服务，即变换器要求增加持续 的强迫动作。对于单刃刀具来说，组成这个 草案 的指标已经从现存的标准中去除。发展到迄今的 草案 认为试验是在实验室中进行的，指定试验涉及的精度和迟缓性。此 草案 容许金刚石过程磨损知识的发展，这种金刚石是构成加工天然石材的刀具，也是构成加工优化方法的基本。下面的段落用来描述加工天然石材的金刚石刀具的性能，以及它们自身与磨损的关系。测试 草案 及其在两种刀具上的应用将在接下来的段落里描述。 2 加工天然石材的金刚石烧结刀具的磨损 应用于天然石材加工的金刚石刀具可以根据刀削工具来分类：如线状刀具、片状刀具、盘状刀具和磨削刀 具，还有加工平面的机床，例如具有不同类型和轮廓的磨床和铣床。两个例子中的刀具都由支承、超级 承是研磨料颗粒固定在刀具的那部分，它赋予刀具适当的形式，它把机械能从机床辊子传递到研磨料颗粒，同时吸收加工过程中产生的力。超级 的性能是粒度测量、造型和限制基体密集度。粒度测量表示对超级 据实际存在的晶粒性质判断，研磨料颗粒的形式可能是规则的，也可能是不规则的。密集度是扇形单位容量的重量值。结合体是用研磨料颗粒来阻塞刀具支 承的硅铝合金，利用工业上正确的技术方法，它能够更加经济地用来实现切屑加工、铣削加工、磨削加工、精加工以及仿形加工等。此结合体必须保证两个相反的要素：提高切屑能力和延长刀具寿命。最后，结合体必须具有适用于超级 如允许试验过程中出现与之相关的隆起以及被加工材料的性征，但最重要的是此结合体必须要允许存在于母体内部新的晶粒积极的弥补已磨损晶体的损失。配制此结合体混合物的金属有铁、铜 4 、钨、钴、以及镍。金刚石刀具磨损是金刚石晶粒和刀具材料结合物磨损发展的结果。它可以用下面的步骤顺序来描述 。 首先，由于结合面的腐蚀，结合体表面的晶体隆起不断增加使晶粒和工件相接触。一种突起的结晶物出现在刀具表面。这种微小高度的隆起导致刀具切屑能力的下降。这种坚硬的结合体将会使超级 至于在金刚石晶粒完全出现在结合体上之前，刀具区段就产生了研磨。结合体的逐渐腐蚀使全部的结晶物出现在刀具区段的表面上所有的结晶体是具有较大高度隆起和微小表面破坏的金刚石颗粒。它具有很好的切屑性能。一旦工件被接触，晶粒便大量地环绕形成，以至于在晶粒顶部好似形成一个小高原，它可以产生磨光晶粒的机械摩擦和热作 用。部分晶粒的高百分率使刀具区段的表面变得透明，这会导致效率较低的切屑能力。刀具旋转所带来与工件的间歇性接触，导致金刚石晶粒产生周期性载荷。由于工件的不同特性和机械振动，这种现象会被扩大。金刚石晶粒的产物可以通过增加晶体表面的切屑边缘数量的微裂缝和微裂纹来描述，尽管他们会减小渗透深度。磨损的逐渐加剧会导致完全破碎的微粒或者母体的破损，这种磨损会使金刚石晶粒被释放。由于结合体金刚石晶粒的释放以及产生的组织分裂，使得这种脱落成为一种现象。当金刚石晶粒在其有效期结束前从金属粘合物上脱落，这会加速刀具的磨损。在这个 例子中，最终的分裂将会很大，它将包括在金刚研磨料颗粒出现前所考虑到的结合体磨损。相反地，如果晶粒在它的使用寿命结束后从金属结合体上脱落，分裂将不会很深，移动新的晶粒也不需要消耗太多的结合体体积。脱落现象归结为切屑力或保持固定金刚石结构的凝聚力的增加。新的晶粒将会出现在刀具加工表面，此时，磨损周期将再一次开始。 金刚石刀具磨损的进程消耗组成刀具的金刚石和结合物质。这就意味着整个刀具的重量和直径尺寸的减少以及金刚石刀具圆柱形状的改变。刀具从它原始的 圆柱边界线处开始移动我们通过决定于整个刀具的四个变量对金刚石磨头 的耗损进行评价：刀具重量的减少；刀具直径的减小；刀具外形圆柱度和磨削率的变化。圆柱度是旋转表面上所有的点与公共轴线等距离的状态。 这三个宏几何学变量都与磨损进程直接相关，同时，它们的测量都很容易。可以用来监视石料加工过程中的磨头磨损。它们被叫做宏几何学磨损变量。 3 烧结金刚石刀具的宏几何学磨损测试 草案 关于宏几何学磨损的 草案 明确了测试过程中的待加工材料，工件的标准条件， 5 工件的性质；使用的冷却液和应用的切削条件。在进行试验的过程中，机床必须具有刚性的结构，不能有振动的倾向和不规则的变形。试验用的机床要有控制 速度持续变化的指令，来补偿现行加工过程中应用的整个速度范围。实现有关刀具寿命试验所采用的方法与完成有关注释观测结果和测量的方法相同。宏几何学磨损试验由顺次进行的各种切削过程和插入介于两切口之间的宏几何学磨损参数测量值组成。试验报告要由关于去除材料体积的红几何学磨损参数相关趋势的图表，下面是我们草案 的全部正文。 床材料 使用在天然石材加工领域的材料有很大的数目，利用不同性质的材料或者性质相似的材料进行对比性试验是不可取的。由于此原因，所用机床材料的性能必须规定在试验一览表中根据表 2 所列出了两种论述的 花岗岩的具体细节，这两种花岗石是：黑色非洲花岗岩和撒丁岛花岗岩。 件的标准条件 切屑试验必须包含整个刀具的表面（例如，切屑径向深度必须要等于刀具的直径）。在试验过程中，必须要在能够减小工件的振动且具有一定面积的板坯上进行试验。固定工件的转轴和平台必须要保持良好稳定性和平衡性。必须要避免工件定位在工作台时产生的变形。 具 刀具的剧烈磨损决定于现行刀具的组成材料。在继续的试验过程中，所使用的刀具的特性必须根据表 3中论述的两种刀具的指示信息进行规定。 削液 所有切削液不变的切屑试验都 必须利用水作为切削液，这样才能完成。切削液必需直接喷溅在刀具表面上并且完全作用在刀具的工作部分，如果可能的话，最好显示后续试验过程的喷溅能力和喷流压力。 削条件 所有切削试验中的进给速度 f、轴向切削深度 中所示的参考值。如果研究的目的是评价刀具磨损和切削参数之间的关系，那么切削条件必须通过实验技术方法（ 设计制定许多不同的等级，使其包含在来自产业观点兴趣的范围内。 几何学磨损试验法 6 3 1 引言 刀具耐用度试验的 目的是通过实验性检验确定一个或几个参数如何产生对切削刀具寿命的影响。由于加工方法的不同，决定特殊材料切削刀具寿命结束的原因也常常是不同的。最简单的例子就是发生在刀具完全报废的时候。在大量的实例中，刀具的逐渐磨损和所实行的切削操作都令人感到很不满意，例如，切削力的增加和加工过程中的变形和振动。固定比较性的因素决定刀具寿命的终止。 金刚石刀具磨损是金刚石和结合体逐渐消耗的结果。金刚石晶粒的磨损与晶粒的性质的关系紧密相关，粘结体的消耗是粘结硬化的函数，宏几何作用就是组成区段层的金刚石晶粒消失和损坏以及结合体的腐蚀 。宏几何作用的结果会导致刀具直径和重量随着刀具柱状形状的适时变化而减小。金刚石刀具磨损的发展强烈地影响刀具的性能，而且还会影响到石材加工的效果和效率。实际上，一个磨损的刀具会加快切屑能力的损失，增加制造切屑过程中的振动的数目以及产生断续切屑过程的可能性。所以，最终的石材制品上就会出现片状或波浪形误差。因此，刀具的性能是石材加工的关键因素。 3 2 机床 在测试过程中，应用于试验的机床一定要具备刚性结构，而且不能具有不规则振动和弯曲变形的趋势。试验用的机床要有控制速度持续变化的指令，来补偿现行加工过 程中应用的整个速度范围。此外，变化的速度指令容许切屑速度的精确设定，还可以减少获得刀具寿命曲线所需要的时间。 3 3 仪器设备 为了能够验证显示在当时指示仪器上的误差，必须要准备好实行必要测量并且制造准确的下列仪器： 记录切屑时间的秒表 测量刀具尺寸的具有测微装置的光学显微镜 灵敏度为 电子秤 测量切屑液流速的仪器（可以通过测量已知容积容器的排空时间来获得） 几何磨损试验的过程 由于每个具体例子的情况是变化的，所以，刀具寿命的试验过程只能泛泛地描述。完成刀具寿命试验采用的方法与 完成良好加工过程所用的方法相同，此加工过程包括采用必要的预防措施，记录观测值以及进行必要的测量。 7 在开始试验之前，必须保证机床、工件和刀具与当时 草案 中的指示相一致。 验的概况总结与试验结果的表达 由此试验，可以得出以下结论： 刀具直径随石材减少体积不断增加的变化 刀具重量随石材减少体积不断增加的变化 刀具圆柱度随石材减少体积不断增加的变化 4 应用举例 这个可靠的 草案 已经被一个加工两种类型花岗岩的知名生产商用来研究投入市场的两种刀具的磨损（见表 1）。关于非洲黑色花岗岩和撒丁岛花岗岩的切屑试验已经 被实施，这两种花岗岩的特性必须要根据表 2 中所给出的测试 草案 来报表。线性切屑要在尺寸为 1000板坯上实行，为了得到机床工作台上适用于 090屑加工处必须与下一个切屑加工处要保持一定的距离，以保证彼此间的完全独立性。两种类型刀具的特征参数参见表 3。考虑到现行磨床要适当布置喷油系统和防尘系统的因素，水被直接喷溅在切屑区域。水也是加工中普遍运用的切削液。表 5 中所给定的试验条件正用于 3 轴数控加工中心，使其具有连续控制卡盘旋转速度和进给的速度的装置。在每次切屑结束时，为了清除加工尾渣，刀具必须要远离主轴放置，清洁好刀具，然后，对刀具的直径、重量 和圆柱度进行评析。磨头的重量通过灵敏度为 电子秤来测量，直径利用雷卡光学显微镜在均匀分布在刀具分界面上的六个位置的测量值来获得，磨头直径被看作这六次相关测量的平均值。显微镜具有 分辨率和大约 测量误差。直径的测量也被用于评析刀具的圆柱度。直径在一组同轴圆柱中的测量值已被确定两同轴圆柱间的径向距离等于圆柱度引起的公差值。 表 1. 测试 草案 举例 机床材料 黑色非洲花岗岩 参见表 2中所示性质 撒丁岛花岗岩 参见表 2中所示性质 测试 草案 8 工件的标准条件 板坯 尺寸 1000寸 1000具 参见表 3中所示性质 参见表 3中所示性质 切屑液 水 压强 速 10 l切屑条件 进给速度 f 见表 4 轴向切削深 度 a 见表 4 切削速度 见表 4 宏几何磨损试验过程 机床 3轴数控加工中心 仪器 雷卡光学显微镜 灵敏度 电子秤 灵敏度 表 灵敏度 具磨损测试过程 9 均匀分布在刀具长度方向上直径的 6次测量值 每个工部后刀具重量的 3次测量值 结论概括 刀具直径随石材减少体积不断增加的变化 刀具重量随石材减少体积不断增加的变化 刀具圆柱度随石材减少体积不断增加的变化 表 2. 加工材料的性质 密度 kg/ 2608 3010 吸水率 % 压强度 145 180 抗磨强度 40 65 冲击抗力 90 90 努氏硬度 5000 3000 果与讨论 试验已经得出：预定义宏几何学变量变化的限定条件是石料减少体积的函数，这就意味着要及时监视宏几何学磨损变量。 图 1 表明了两种磨削刀具直径的变化趋势。 床的曲线是关于石材减少体积扩大到大约 90000们具有线性趋势。 床的曲线是石材减少体积达到 50000的直径变化，它们具有 非线性的趋势。磨头直径总的减少量与这两种论述的刀具相同：大约 6就意味着在刀具报废前， 床的机械切削加工量为 床石料数量的一半。线性趋势涉及适时的恒定磨损率，所材料特性 撒丁岛花岗岩 黑色非洲花岗岩 10 以，磨头的进一步磨损可以很容易的预见。图 2 表明了两种磨头重量的减小，两种曲线的对比应用在前面出现的直径减小分析的图样论述中。 床的重量是成线性减少的，显示了线性磨损率和均匀降低的切屑能力。图 3 表明了两种磨床刀具圆柱度是石料减少体积的函数。 床 的圆柱度曲线从 剧增加到 就意味着 磨损进行到快结束时， 头的圆柱分界面出现大约 基体分布（ 75%重量减少值）。石材加工过程中记录的曲线图样随着逐渐磨损急剧变化，切削槽的结合体表面形成凸起的分布轮廓，这使得与其余铺设装饰物相联结变得十分困难。所以，为了获得更高的圆柱度等级，必须要在进行的磨光过程中，减少或降低由磨损的加工磨头所带来的圆角外形轮廓。最后，已论述的 3 个宏几何学变量表明 床具有比 床更高的切屑性能，在报废前，它可以加工较大数量的石材。刀具重量和直径的减少量与减少花岗岩的体积是成线性的，因此，我们可以非常容易地计算由磨损的逐渐进行所引起的磨头直径的变化，这通常被用来调整数控加工磨头轴线的方向，此外，磨头的柱 状外形不随磨损的进行而变化。总体 来说，我们可以说此先进的 草案 可以让我们按照刀具的特性来完成结果的测量以及对具有不同特征的刀具进行比较分析。 石材减少体积（ 图 1. 刀具直径随石材减少体积不断增加的变化 平均磨头直径（11 表 3. 刀具特性 刀具特性 合物化学组成 o= o=形金属网 # 45/50 45/50 金刚石密度 刀具重量 g 238 177 刀具直径 23 20 区段数 5 6 区段深度 35 44 表 4. 切削标准条件 石材 轴向切削深度 切削速度 进给率mm/花岗岩 20 5000 300 大理岩 20 5000 400 花岗岩 30 4500 200 大理岩 30 5000 400 花岗岩 40 4500 200 大理岩 40 4500 400 表 5. 实验设定 12