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金相切割機的研究
金屬零件的力學性能不僅與它的化學成分有關,也與它的金相組織密切相關。金相檢驗是控制和評定產品質量*的重要手段,是科學研究中研究新材料、新工藝和提高金屬制品內在質量的重要方法。
要進行金相分析,就必須制備能用于微觀檢驗的樣品———金相試樣。通常金相試樣的制備要經過取樣、鑲嵌、磨光和拋光幾個步驟。每個步驟都應該細心操作,因為任何階段上的失誤都可能影響zui后的結果,因為這可能會造成組織假象,從而得出錯誤的結論。金相試樣的制備是通過切割機、鑲嵌機、磨/拋光機來完成。金相試樣的截取是金相試樣制備過程中一個重要環節。截取試樣的方法有手鋸、鋸床、砂輪切割機和線切割機等等。根據零件的形狀和材料,選擇適當的方法來切割。目前砂輪切割機廣泛應用于金相試樣的截取上,主要原因是其適應性強,樹脂砂輪片可切割軟的金屬零件如銅、鋁及合金和硬的金屬零件如淬火后的碳鋼、高速鋼;金剛石切割機可切割超硬材料如硬質合金、陶瓷等。另外其切割速度快、勞動強度低、操作簡便和切割成本低。選擇可靠性高的金相試樣切割機,可以提高制樣效率和質量,降低成本,提高經濟效益。
2 金相試樣截取的技術要求
與機械行業中的金屬切割、下料不同,金相試樣的切割有它自身的要求和特點,截取的金相試樣必須保持原有的組織狀態,即必須保證所截取的試樣的金相組織與原狀態金相組織一致,這就要求：
①在截取試樣的過程中試樣受熱、受外力作用要盡量小;
②配備良好的冷卻系統,保證切口無過熱和過燒現象;
③控制進給量的大小,保證試樣變形小,光潔度高;
④砂輪切割機應配備的卡具和良好的運動機構,保證試樣的切口垂直性好,切口余量小,零件裝卡方便;
⑤切割機應有良好的防護,保證使用安全。
作為室內使用的切割設備,切割機還必須具備較低的噪音,保證無噪音污染。配備循環冷卻系統,注意節約用水和室內清潔。
金相試樣切割質量的好壞嚴重影響試樣的組織結構,已逐步引起有關專家的重視。近年來,國內外在切割機的性能上作了大量研究工作,研究出不少新機型,新一代切割設備,正由原來的手動操作,發展成為數顯、數控及微電腦智能控制。下面介紹常用的砂輪切割機類型與特點。
3 金相切割機分類與特點
根據工件移動和砂輪片移動形式可將金相切割機分為兩類:一類為工件移動,砂輪軸旋轉、但其位置固定的切割機;另一類為固定工件而砂輪軸作移動的切割機。按切割精度可分為普通切割機和精密切割機。
3.1 移動工件,砂輪軸位置固定的切割機
（1）上海佰衡儀器生產的bh2型金相試樣切割機配備1.1kW電機,采用<250mm砂輪片。特點是切割砂輪直接固定在電動機的軸上,利用夾具的擺動來切割固定在鉗口中的試樣。冷卻系統是人工調整旋鈕控制流量的單根水管。操作時,由罩殼將砂輪片罩住,以防冷卻液飛濺和砂輪片碎裂時飛出傷人。此類切割機的特點是,電動機在底座上固定不動。砂輪轉速固定,體積小,制造成本低,適用于切割30mm×30mm形狀簡單的柱形試樣。
（2）美國BUEHLER公司ISOMET型精密金相試樣切割機①可以設定切割的時間、壓力及速度,并在面板上顯示出來;②試樣夾持機構具有壓力傳感器防止試樣撞擊鋸片邊緣,避免鋸齒損壞;③試樣以很輕的初始負載自動送到旋轉著的鋸片;④工作負載可預定在0.98～9.8N之間,切割完畢后,*的傳感機構使得試樣夾持臂返回到原位置。該機有三種冷卻方式,①低速時,可利用冷卻劑的滯動作用;②速度較高時,可使用切割機自身的浸水泵冷卻循環系統;③切割硬質材料時速度很高,可連接一個外部供水排水裝置,以達到*的冷卻效果。Isomet1000型精密切割機,功率為0.93kW,切割過程采用弧形進刀方式,金剛石切割片直徑<75mm～<200mm,轉速范圍100～5000r/min。可自動進料和受控進料,定位精度為2μm。該機特別適用于高速、高質量切割極硬材料小試件。
3.2 固定工件,砂輪片移動的試樣切割機
（1）上海佰衡儀器生產的QBH3型金相試樣切割機配備2.2kW電機,采用<250mm砂輪片。砂輪片固定在擺臂的主軸上,電機通過皮帶帶動主軸轉動。零件用卡具固定在工作臺上,搖動擺臂使砂輪片移動切割工件。砂輪片固定在擺臂上,排除了電機對切割零件的影響,可使零件的切割長度范圍不受限制。如采用直徑<250mm砂輪片,其zui大切割直徑<50mm,zui大切割寬度60mm,zui大切割高度80mm。用手動擺臂來決定切割進給量,若用力不均勻會造成質量差異。該機特點是,砂輪轉速固定,額定轉速為3500r/mm,裝卡試樣方便。
（2）Buehler公司生產的ABRASIMET-型切割機是將電機及底座、操作桿安裝在同一軸線上,通過手動進行切割試件。切割過程采用弧形進刀方式。配備3kW電機和<254mm的切割片可切割直徑為<76mm的試樣。
ABRASIMATIC型自動砂輪片切割機配備液壓氣動驅動系統,切割力可調,自動操作。
OSCILLAMET型砂輪切割機配備2.2kW電動機和<305mm的切割片,可以切割長度達320mm,或95mm×102mm的大塊試樣。該機通過砂輪擺動使接觸面積減至zui小,以保證獲得無過燒并提高切割能力,由于砂輪片可以垂直方向定位,還可切割曲軸。
POWERMET2000型砂輪切割機配備5.5kW電動機和<356mm的砂輪切割片,切割直徑可達<102mm,或50mm×150mm。采用脈沖式切割方式,可以切割長樣品,能編程,IC控制,自動切割。
（4）STRUERS公司生產的Labotom23型切割機,其機構與ABRASIMET2型切割機類似,切割zui大直徑達<90mm。這是在提高砂輪片強度的情況下,減小砂輪片夾片直徑達到的。
StruersExotom2100型切割機屬于工件固定,砂輪片擺動的機型?？梢宰詣诱{整切割速度和壓力,具有四種不同的切割控制方法。Axiocut切割方法可以切除較大的工件（100mm×450mm）。
Magnutom型自動切割機也屬于工件固定,砂輪片平行移動的機型,配備7.4kW電機和<432mm砂輪切割片,砂輪進給速度和壓力可調,可根據需要調節步進切割量。zui大切割直徑<125mm。
4 討論
縱觀國內外切割機的狀況,國內研發的切割機在性能和外觀等方面還存在一定的差距。例如,國內研制的切割機缺乏對砂輪軸調速的研究,國外的*機型如Accutom25/50,StruersDiscotom250和Secomtom2100型配備了砂輪軸的無級調速系統,可使同一砂輪片切割不同的材料,提高砂輪片的適應能力。又如,一些切割機配備了切割參數的數據庫,根據不同試件調整壓力和切割速度,提高制樣質量和效率。
砂輪片材質和質量對切割機的效率和切割質量也有較大的影響。對于切割不同硬度的材料,選用不同材質的切割片,對提高切割效率和切割質量非常有效。通常,棕 剛玉適用于切割碳素鋼、普通合金鋼、硬青銅。白剛玉適用于切割合金鋼、淬火鋼、工具鋼、高速鋼。黑碳化硅適用于切割灰鑄鐵、黃銅和非金屬材料。綠碳化硅適用于切割硬質合金和玻璃。金剛石適用于切割硬質合金、鑄鐵、玻璃、石英、半導體、陶瓷以及非碳化物的高硬度材料。立方氮化硼適應于切割硬質合金、淬火鋼以及高硬度高強度材料。國外有可選的不同材質的樹脂砂輪片,根據試樣的不同材料和硬度進行選擇。國內生產的金相砂輪片品種單一,基本以棕剛玉磨料的為主,質量也存在一定問題,普遍現象是粘合劑的韌性差,砂輪片比較脆。主要原因是受用量和價格等因素的影響。
我國金相試樣制備的研究開發雖然已有幾十年的歷史,并已取得了一定的成績,制約我國金相試樣制備技術發展的因素主要有以下幾個方面:
（1）我國目前還沒有制定金相試樣切割實驗方法和標準,以及質量的測試指標和測試條件。各個生產研制單位,大多是根據自己實際檢測經驗對金相制樣設備進行試驗測定。
（2）缺乏懂金相知識與機械設計及其自動控制的綜合性人才,這無形中增加了我國金相取樣設備的研究和開發的難度。
（3）冶金、機械、汽車、拖拉機、兵器、航天航空、軸承、工磨具等制造行業中所需的金屬材料類型多樣化,由于各種金屬材料的物理、化學等性能不一,使切割機在測定試驗參數,確定*性能指標等方面有很大難度。
（4）國內的生產廠家因考慮價格和銷路等因素,在產品投資較小。
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