彈性體的機(jī)械加工與熱處理工藝
彈性體的機(jī)械加工與熱處理工藝稱重傳感器彈性體所用的鋼材種類較多,但主要是合金結(jié)構(gòu)鋼。美、德、英、日等國在合金結(jié)構(gòu)鋼中普遍采用中碳鉻鎳鋁鋼,典型的鋼種是美國的AISI434o鋼。我國70年代中期研制成功的4oCrNIMoA鋼(GB3o77一88)與其相近,國內(nèi)的研制單位和生產(chǎn)廠家?guī)缀醵疾捎么虽摲N作為稱重傳感器彈性體。14OCrNIMoA的鍛造工藝鍛造使毛坯反復(fù)墩拔,以砸碎粗大晶粒,使其細(xì)化均勻、組織致密。同時(shí)要求毛坯的金屬纖維方向與彈性體軸線一致,不允許有交叉、重疊等現(xiàn)象,這對(duì)提高傳感器的性能,特別是穩(wěn)定性是非常重要的。因此,在鍛造過程中應(yīng)盡量作到只伸展不墩粗,并要防止過燒和粗晶。一般鍛造工藝為:加熱溫度1180C,加熱時(shí)間3一4小時(shí).保溫時(shí)間)0.5小時(shí),開鍛溫度1140一1160‘C,終鍛溫度)850’C,空冷。退火工藝為:加熱溫度86。℃,保溫1.5小時(shí),爐冷。
鍛后若緩冷,則不必進(jìn)行退火處理。退火后的金相組織為:珠光體十鐵素體+炭化物。o4OCrNIMoA的淬火與回火工藝淬火及回火可以使彈性體材料具有較高的比例極限和良好的綜合性能。確定合理的工藝規(guī)范并嚴(yán)格執(zhí)行,可以保證傳感器具有較好的線性、滯后、蠕變和較高的疲勞壽命。其淬火工藝為:淬火溫度840一860C,保溫10一30分鐘(由彈性體大小決定).油冷。淬火后的金相組織為淬火馬氏體。回火工藝為:回火溫度200一560C,保溫2小時(shí),空冷。對(duì)于中、小彈性體多選用500‘C的回火制度,此時(shí)的金相組織為索氏體.但仍保留了與馬氏體的方向。HRC39左右,殘余奧氏體<1%,強(qiáng)度極限125oN/mmZ,屈服極限113ON/mmZ,平均彈性滯后為0.024%。?彈性體的機(jī)械加工技術(shù)較長時(shí)間以來,稱重傳感器彈性體的機(jī)械加工技術(shù),只局限在單臺(tái)機(jī)床、單道工序、單個(gè)工具的生產(chǎn)效率提高上,而不重視整體效率的提高,不適應(yīng)多品種、大批量生產(chǎn)。據(jù)分析,采用單件小批量生產(chǎn)方式,零件在單臺(tái)機(jī)床上占用的工時(shí)只占總工時(shí)的5%,其余95%工時(shí)處于等待和搬運(yùn)狀態(tài)。切削加工的工時(shí)又僅占機(jī)床占用時(shí)間的30%,其余為裝夾、調(diào)整、測量、空轉(zhuǎn)等時(shí)間,機(jī)床主軸真正切削時(shí)間僅占總工時(shí)的1.5%。因此,為了實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn),必須把彈性體的制造技術(shù)與管理結(jié)合起來統(tǒng)一考慮。目前國際上流行的制造系統(tǒng)是把電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相結(jié)合,形成一個(gè)新的制造系統(tǒng),達(dá)到兼容多品種生產(chǎn)、穩(wěn)定質(zhì)量、提高效率、降低成本的綜合目的。美、德等國一些先進(jìn)的傳感器制造廠,其彈性體制造技術(shù)已滲透和應(yīng)用了某些高新技術(shù),開始形成了高新技術(shù)的特征。
較普遍的采用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)和CAD/CAM一體化,以及柔性制造技術(shù)。柔性制造技術(shù)分為三類:獨(dú)立機(jī)床、柔性制造單元(FMC)和柔性制造系統(tǒng)(FMS)。隨著制造技術(shù)的發(fā)展,又開始出現(xiàn)了第四類柔性制造技術(shù),全自動(dòng)化工廠(FMF),它反映了計(jì)算機(jī)整體制造技術(shù)的全面發(fā)展。獨(dú)立機(jī)床是典型的加工中心,它帶有數(shù)個(gè)托板交換裝置或卡盤更換裝置。獨(dú)立機(jī)床的功能有控制、檢查、刀具監(jiān)視與自適應(yīng)控制。獨(dú)立機(jī)床可以成為FMC、FMS的組成部分。我國形成了規(guī)模生產(chǎn)的稱重傳感器制造廠家,都采用了數(shù)控加工(NC)、加工中心(MC),正向著柔性制造單元方向發(fā)展。柔性制造單元(FMC)有多種形式,一般由少量機(jī)床組成(主要是加工中心),帶有機(jī)器人或?qū)Ｓ霉ぜb夾裝置,加工路線是固定的。它沒有中央計(jì)算機(jī)來執(zhí)行實(shí)時(shí)發(fā)送、負(fù)載平衡與生產(chǎn)調(diào)度邏輯等任務(wù)。柔性制造系統(tǒng)(FMS)至少包括三個(gè)部分:加工系統(tǒng)、物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。它可以進(jìn)行無人或極少數(shù)人員下的長期運(yùn)行。FMS包括:自動(dòng)換刀具、在線檢查、工件清洗、自動(dòng)貯存與自動(dòng)檢索以及計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)。它由中央計(jì)算機(jī)控制,實(shí)時(shí)發(fā)送,負(fù)載平衡與生產(chǎn)調(diào)度,這是FMS與FMC的顯著區(qū)別。不論采用上述那種制造技術(shù),都會(huì)在彈性體上產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這主要是在切削過程中,切削方向產(chǎn)生壓縮變形,而垂直于已加工表面方向產(chǎn)生拉伸塑變(塑性凸出效應(yīng))導(dǎo)致表面的殘余拉應(yīng)力。此外,擠光效應(yīng)和切削時(shí)的熱效應(yīng)也分別產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力和殘余拉應(yīng)力。因此,機(jī)械加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是刀具接觸點(diǎn)前方區(qū)域的塑性凸出效應(yīng)、刀具接觸點(diǎn)下區(qū)域的擠光效應(yīng)和切削時(shí)的熱效應(yīng)等影響的疊加。為了使彈性體在加工過程中少產(chǎn)生殘余應(yīng)力,應(yīng)盡量減少精加工的切削用量,如果彈性體應(yīng)變區(qū)最后是磨削加工,最好是正、反轉(zhuǎn)空磨幾次。
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