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數控全自動衝（chōng）擊試樣 U形缺口加工係統的設計、製（zhì）造及應用

2020-9-24 來源（yuán）：中航飛機股份（fèn）有限公司長沙起落（luò）架分（fèn）公司作（zuò）者：肖文，駱軍輝，翟光（guāng）耀，胡建雄，韓（hán）金軍

摘要: 材料力學性能中的衝擊試驗對缺口的幾何形狀、尺寸、粗糙度都有嚴格要求，受到設備及技術條（tiáo）件（jiàn）的限製，現有技（jì）術加工出的衝擊試樣試驗衝擊值和材料（liào）的真實衝擊性能有一定（dìng）的差距，主要缺口的幾何形狀、尺（chǐ）寸、粗糙度及（jí）加工損傷幾（jǐ）個方麵因（yīn）素所（suǒ）致。設計（jì）、製造的數控衝擊試樣 U 形（xíng）缺（quē）口（kǒu）加（jiā）工係統集數控砂輪修整裝置和數控磨床為一體，衝擊試樣缺口加工（gōng）自動化程度高，可（kě）在缺口磨削的同（tóng）時對砂輪（lún）進（jìn）行多次動態修整，微米級的砂輪修整及缺口磨削保證缺口尺寸、粗糙度和近於無損加工缺口，使得試驗衝擊值最大（dà）限度地接近材料的真（zhēn）實衝擊性能。

關鍵詞: U 形缺口; 數控砂輪修整; 無損加工; 衝擊性能

衝擊性能是材料力學性能重要指標之一，材料衝擊性能的試驗［1］值與真實值間的差異（yì）取決於試樣加（jiā）工狀態和試驗過程，試樣加工的難點（diǎn）是缺口加工，缺口加（jiā）工外在質量體現在缺口形狀、公差尺寸（cùn）、粗糙（cāo）度、加工損傷程度幾個方麵，內在質量體現在衝擊性能的試驗值與（yǔ）真（zhēn）實值間（jiān）的差異大小。

對超高強度（dù）鋼材料，砂輪磨削缺口成型方法一次可加工多個試樣，砂輪（lún）磨削的表麵粗糙（cāo）度和形狀規則度較好，是目（mù）前衝（chōng）擊試樣缺口加工的首選方法，但是存在砂輪修整技術難題，砂輪修整程度達不到精確量化（huà），中途修整過程繁瑣，U 形缺口（kǒu）整體加工（gōng）效果不理想。

1 、數控（kòng）全自動衝擊式樣 U 形缺口加工

係統（tǒng）的設計特製（zhì） 200 × 2 × 32 超細粒度砂輪片，通過特殊磨（mó）削工藝進行衝擊試樣 U 形缺口（kǒu）加工，加工後的缺口粗糙度達到Ｒa0． 2。數控砂輪修整（zhěng）裝置與數控磨床（chuáng）一體化設計（jì）的數控全自動衝擊試樣 U 形缺口加工係統（tǒng），可同時進行砂輪修整與缺口磨削。

對砂輪修整及缺口加工過程進行（háng）試驗數據分析，優化機（jī）器參數（shù）設置，編（biān）製加工程序( 砂輪（lún）修整程序、衝擊試樣 U 形缺口磨削加工程（chéng）序（xù）) ，實（shí）現砂輪修整（zhěng）與缺口加工的全自動化操作。

1． 1 數控全（quán）自動衝擊試（shì）樣 U 形缺口加工係統結構

數控全自動衝擊試樣 U 形缺（quē）口加（jiā）工係統結構圖及實物分別如圖 1、圖 2 所示。

1—特製砂輪片; 2—金剛（gāng）石筆坐; 3—金剛石（shí）筆; 4—金剛石筆架;

5—伺服電機驅動 Z 軸旋轉平台; 6—伺（sì）服電機驅動 X 軸（zhóu）移動

平台; 7—砂輪（lún）防護罩; 8—平麵磨床;

9—輪修整裝置控製係統; 10—磨（mó）床控製係統

圖 1 數控全自動衝擊試樣 U 形缺口加工係統結構

圖 2 數（shù）控全自動衝（chōng）擊式（shì）樣 U 形缺口加工係統

1． 2 工作原理

衝擊試樣 U 形（xíng）缺口加工係統分為兩個（gè）相互獨立的子係統: 砂輪修整係統和磨床加工係統，工作模式（shì）也可（kě）分為兩種: 同（tóng）步式( 見圖 3) 和交替式( 見圖 4) 。同（tóng）步式是指在缺口磨削和砂輪（lún）修整同時進行，交替式是指缺口磨削和砂輪修整交替進行，即缺（quē）口磨削（xuē）時砂輪不修整，砂輪修整時缺口不磨削，這兩種工作模式的選擇可（kě）根據試樣的數量和材質來確定，如（rú）對鋼製件試樣，砂輪（lún）磨損量小（xiǎo）可采用同步式（shì），對（duì）鈦（tài）合金等砂（shā）輪磨損量大，可采用交替式，全（quán）自動模式指的是同步式。

圖 3 衝擊試樣 U 形缺口（kǒu）加工係統同步工作模式

圖 4 衝擊試樣（yàng） U 形（xíng）缺口加工係統交替工作模式

2 、應用

2． 1 數控全自動衝（chōng）擊式樣 U 形缺口加工（gōng）係統可對砂

輪進行（háng）微米級的動態修整，磨削出的衝擊式（shì）樣 U 形缺（quē）口（kǒu）形（xíng）狀好，見圖 5; 人工加工缺口由於砂輪的磨損如（rú）不及時（shí）修整就會形成不規則的（de）缺口形狀，見圖（tú） 6。對衝擊試樣缺口加工而言人工修整砂輪費時費力，缺口（kǒu）磨削過程中需多次停機進行砂輪修整，修整過程又需（xū）反複將砂輪與修整器和缺口進行位置對中，整個加工（gōng）過程有一點做不到位都會影響缺口加工質量。

圖 5 係統加工缺口

圖 6 人工加工缺口

2． 2 係統在缺口磨（mó）削的（de）不同階段按程序依次進行粗

磨( 砂輪進給量 3 μm) 、精磨( 砂輪進（jìn）給量 1 μm) 和拋光( 砂（shā）輪進給量為 0) ，結合超細的砂輪（lún）粒度，加工的缺（quē）口（kǒu）粗糙鍍可達到Ｒa0． 2，無需單獨增加研磨工（gōng）序，避免了對衝擊試樣缺口的二次破壞。

2． 3 係統在動態保證磨粒鋒銳度和在（zài）冷卻（què）液（yè）下的微進給磨削極（jí）大地降低了（le）材料的損傷程度，粗（cū）磨砂輪進給量 3 μm，精（jīng）磨砂輪進給量 1 μm，

2． 4 數控全（quán）自動衝擊式樣 U 形缺口（kǒu）加（jiā）工係（xì）統加工的衝擊試樣缺口（kǒu）具有形狀公差尺寸小、粗糙度低和近似於無損（sǔn）的加工效果，對超高強度 300M 這類對缺口（kǒu）狀態比較敏感的材料衝擊試驗（yàn）值提高較大（dà），取同爐批次300M 分兩組進行加工，試驗對比數據見表 1。

表 1 超高強度 300M 鋼衝擊試驗數據對比( 單位 J)

從表 1 可以看出，數控全自動衝擊試樣 U 形缺口加工係統加工的試樣比人工模式加（jiā）工試樣的（de）衝擊（jī）值提高 23% 。

無論人（rén）工模（mó）式或機器模式加工衝擊式樣缺口都不會改變材料（liào）本身的衝擊值（zhí），材料衝擊性能是材料的固有屬性，試驗衝擊（jī）值與材料固有衝擊性能的差異與試樣的加工質量和試驗過程有關，缺口加工質量體現在缺口的形狀、粗糙度及材料加工損傷程度幾個（gè）方麵，缺口加工質（zhì）量不（bú）高會導致試驗衝擊值下降，偏離材料本身的衝擊性能，特別（bié）是對缺口質（zhì）量敏感度高的超高（gāo）強度 300M 鋼而言，缺口加（jiā）工質量越好，試驗衝擊值就越接近材料本身的（de）衝擊性（xìng）能，反之就會造成衝擊（jī）值與材料本身的衝（chōng）擊性能偏離（lí）度過大。

2． 5 數（shù）控全自動衝擊式樣 U 形缺口加工係統對比人工優（yōu）勢見表（biǎo） 2。

表 2 係統加工與人工加工缺口對比

3 、結論

衝（chōng）擊試樣 U 形缺（quē）口加工質量三要（yào）素: 缺口形狀、粗糙（cāo）度、加工損傷，數控全自動（dòng）衝（chōng）擊試樣 U 形缺（quē）口加工係統的動態砂輪修整可保證砂輪始終處於最佳的形狀（zhuàng）與磨（mó）粒鋒銳度，配（pèi）合數（shù）控磨床在冷卻液下的微進給磨削，保證缺（quē）口形狀、粗糙度的同時最大限度的降低加工損傷，從而使試驗衝擊（jī）值大幅提高而更接近（jìn）材料的衝擊性能。

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