彈性體的機械加工與熱處理工藝
彈性體的機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,但主要是合金結構鋼。美、德、英、日等國在合金結構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,國內的研制單位和生產廠家?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墩拔,以砸碎粗大晶粒,使其細化均勻、組織致密。同時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、重疊等現象,這對提高傳感器的性能,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,加熱時間3一4小時.保溫時間)0.5小時,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,爐冷。
鍛后若緩冷,則不必進行退火處理。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,空冷。對于中、小彈性體多選用500‘C的回火制度,此時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%。?彈性體的機械加工技術較長時間以來,稱重傳感器彈性體的機械加工技術,只局限在單臺機床、單道工序、單個工具的生產效率提高上,而不重視整體效率的提高,不適應多品種、大批量生產。據分析,采用單件小批量生產方式,零件在單臺機床上占用的工時只占總工時的5%,其余95%工時處于等待和搬運狀態(tài)。切削加工的工時又僅占機床占用時間的30%,其余為裝夾、調整、測量、空轉等時間,機床主軸真正切削時間僅占總工時的1.5%。因此,為了實現規(guī)模生產,必須把彈性體的制造技術與管理結合起來統(tǒng)一考慮。目前國際上流行的制造系統(tǒng)是把電子計算機技術、信息技術和自動化技術與傳統(tǒng)的制造技術相結合,形成一個新的制造系統(tǒng),達到兼容多品種生產、穩(wěn)定質量、提高效率、降低成本的綜合目的。美、德等國一些先進的傳感器制造廠,其彈性體制造技術已滲透和應用了某些高新技術,開始形成了高新技術的特征。
較普遍的采用了計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)和CAD/CAM一體化,以及柔性制造技術。柔性制造技術分為三類:獨立機床、柔性制造單元(FMC)和柔性制造系統(tǒng)(FMS)。隨著制造技術的發(fā)展,又開始出現了第四類柔性制造技術,全自動化工廠(FMF),它反映了計算機整體制造技術的全面發(fā)展。獨立機床是典型的加工中心,它帶有數個托板交換裝置或卡盤更換裝置。獨立機床的功能有控制、檢查、刀具監(jiān)視與自適應控制。獨立機床可以成為FMC、FMS的組成部分。我國形成了規(guī)模生產的稱重傳感器制造廠家,都采用了數控加工(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,一般由少量機床組成(主要是加工中心),帶有機器人或專用工件裝夾裝置,加工路線是固定的。它沒有中央計算機來執(zhí)行實時發(fā)送、負載平衡與生產調度邏輯等任務。柔性制造系統(tǒng)(FMS)至少包括三個部分:加工系統(tǒng)、物質運輸系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。它可以進行無人或極少數人員下的長期運行。FMS包括:自動換刀具、在線檢查、工件清洗、自動貯存與自動檢索以及計算機輔助技術。它由中央計算機控制,實時發(fā)送,負載平衡與生產調度,這是FMS與FMC的顯著區(qū)別。不論采用上述那種制造技術,都會在彈性體上產生殘余應力。這主要是在切削過程中,切削方向產生壓縮變形,而垂直于已加工表面方向產生拉伸塑變(塑性凸出效應)導致表面的殘余拉應力。此外,擠光效應和切削時的熱效應也分別產生殘余壓應力和殘余拉應力。因此,機械加工產生的殘余應力是刀具接觸點前方區(qū)域的塑性凸出效應、刀具接觸點下區(qū)域的擠光效應和切削時的熱效應等影響的疊加。為了使彈性體在加工過程中少產生殘余應力,應盡量減少精加工的切削用量,如果彈性體應變區(qū)最后是磨削加工,最好是正、反轉空磨幾次。
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