线切割机床响
原创，时间：2023-03-16 00:15:15
关于线切割机床响的问题，我们总结了以下几点，给你解答：
线切割机床响声很大
应该是齿轮和别的外部东西碰撞的声音，线切割要很准确的，齿轮之间肯定啮合的很好。
线切割机床响
摘 要:采用熔化极惰性气体保护焊焊接了厚度为12mm 的7N01-T5铝合金板,分析了焊接接 头的显微组织,并对焊接接头进行了拉伸及疲劳试验。用能谱分析法确定了疲劳条带间的二次相 为含 Fe相,提出了一种二次相所致的疲劳微裂纹萌生模型,解释了在疲劳条带间第二相处的微裂 纹萌生原因。结果表明:焊接接头的抗拉强度为259 MPa,延伸率为11.4%,接头的拉伸断裂形式 为韧性断裂和脆性断裂混合形式;二次相导致的微裂纹会加快疲劳裂纹的扩展速率。
关键词:铝合金;熔化极惰性气体保护焊;显微组织;疲劳性能
中图分类号:TG453;TG115.5 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2022)02-0030-06
7N01铝合金具有比强度高、密度低的优点,在 高速列车制造业的车体轻量化中得到广泛应用[1]。 7N01铝合金时效过程中析出物的析出顺序依次为 过饱和固溶体、GP区、η'相和η 相[2]。在国内目前 的高速列车车体生产中,常采用钨极惰性气体保护 焊(TIG)、熔化极惰性气体保护焊(MIG)、激光焊 (LW)和搅拌摩擦焊(FSW)等焊接方法对7N01铝 合金进行焊接[3]。MIG 因具有操作相对简单、成本 低的优点,被广泛用于不同尺寸结构的焊接中。
对于高强度铝合金,其焊接接头的疲劳行为和疲劳裂纹萌生、扩展等微观机理成为近年来的研究热点[4]。目前,国内已有许多学者对7N01铝合金焊接接头的疲劳性能进行了研究,但大多数研究都集中于薄板及中薄板(厚度t小于6mm)[5-9],关于中等厚度(6mm<t<40mm)7N01铝合金 MIG 焊接接头疲劳性能的研究较少。国内外高速列车承力构件大都采用7XXX系铝合金来制造[10],且会用到中等厚度的7N01铝合金。关于铝合金焊接接头疲劳损伤的研究,大多集中于裂纹起源阶段[4,11-13],对于裂纹扩展阶段二次微裂纹的成因对整体疲劳性能影响的研究较少。笔者在7N01铝合金 MIG 焊接参数研究的基础上[14],对12mm 厚的7N01-T5铝 合金板进行焊接,观测其焊接接头的显微组织,再对 MIG 焊接接头进行拉伸及疲劳测试,结果可为中厚 7N01铝合金中厚板 MIG 焊接接头的疲劳性能研究 提供试验依据及参考。
1 试验材料与试验方法
1.1 试验材料
母材为12mm 厚的7N01-T5铝合金板。焊丝选用的是直径为1.6 mm 的 ER5356铝合金,该焊 丝的主要成分为镁元素。铝合金母材与焊丝的化学 成分如表1所示(均为实测值)。。
1.2 试验方法
焊接试 验 过 程 如 图 1 所 示,焊 接 试 样 为 两 块 12mm 厚的7N01铝合金板,采用 MIG 以 X 形坡口 的对接方式焊接,单边角度为35°。焊接工艺参数如 表2所示,为保证焊接质量,进行焊接时环境的相对 湿度小于70%,焊前去除板材表面油污和氧化膜。
采用线切割的方式从焊接接头中截取金相试 样,先对试样进行打磨,随后使用抛光机进行抛光, 直至表面 光 滑,最 后 使 用 Keller试 剂 腐 蚀 试 样 表 面,使用 VHX-600型超景深显微镜观察焊接接头 显微组织。根据标准 GB/T2651—2008《焊接接头 拉伸试验方法》和 GB/T24176—2009《金属材料疲 劳试验数据统计方案与分析方法》对焊接接头进行 拉伸和疲劳试验,拉伸及疲劳试验试样尺寸示意如 图2所示。
所有拉伸及疲劳试验均在温度为23℃,相对湿 度为40%的环境下,采用 HB250型伺服液压万能 试验机进行试验,其中拉伸试验以0.1kN/s的加载 速率进行3次试验,结果取平均值,疲劳试验施加 拉-拉正弦波形载荷,频率为140Hz,应力比为0.1。 拉伸及疲劳试验结束后,立即在干燥环境下采用扫 描电子显微镜(SEM)观察疲劳断口,避免断口氧化带来 的 影 响,所 用 的 设 备 型 号 为 S-3400N 和 TESCAN-VEGA3。
2 试验结果与讨论
2.1 7N01铝合金显微组织形貌
焊缝中心、熔合区显微组织形貌和等轴晶形成过 程示意如图3所示,焊缝中心金属主要由 ER5356 填 充材料熔化而成,形成了粗大的等轴状组织,呈雪花 状。等轴晶的存在说明在焊缝中心发生了自由结晶。 焊缝中心的温度梯度小,受边缘散热条件的影响较 小,液相中能形成较宽的成分过冷区,在随后的冷却 过程中,新生成的晶粒能够自由生长,从而呈现等轴 状[15]。由图3b)可知,靠近焊缝边缘有一条很窄的熔 合线,其中分布着许多细小的组织。焊缝边缘近熔合 线的焊缝组织为取向明显的柱状晶,这是因为液态金 属依附于金属间化合物的表面形核,析出与母材未熔 化晶粒取向相同的柱状晶。在熔合线的左侧可以发 现存在明显的联生结晶现象。
图4为焊接热影响区及母材的微观形貌。由 图4a)可知,靠 近 焊 缝 部 位 的 固 溶 区 组 织 的 晶 粒 尺寸细小,约为45μm。在焊接热源作用下,位于 焊缝的热影响区内的镁、锌元素固溶到铝基体中, 并在随后的 快 速 冷 却 过 程 中 形 成 过 饱 和 固 溶 体, 镁、锌元素在 铝 基 固 溶 体 的 一 定 结 晶 面 上 偏 聚 并 有序化,从 而 形 成 固 溶 区。软 化 区 内 晶 粒 尺 寸 粗 大,约为 75μm。图 4c)为 接 头 母 材 的 显 微 组 织, 母材 组 织 为 细 长 的 轧 制 态 晶 粒,沿 着 轧 制 方 向 伸长。
2.2 7N01铝合金 MIG焊接接头拉伸性能分析
焊接接头、热影响区和母材的拉伸试验结果如 图5所示。由图5可知,焊接接头的抗拉强度远低 于 母 材 的 抗 拉 强 度,焊 接 接 头 的 抗 拉 强 度 为 259MPa,屈服强度为137 MPa,延伸率为11.4%, 接头塑性较好。
图6为焊接接头拉伸断口微观形貌,从图中可 以观察到大量形状较为规则,形貌差别不大的韧窝, 这些韧窝的尺寸约为10μm,为标准的等轴韧窝。 焊接接头在拉伸正应力下,试样总变形与局部区域 变形的不一致使材料内部分离形成显微孔洞,并在正应力的作用下逐渐长大。在随后的拉伸过程中, 显微孔洞受到横向的剪切应力并发生滑移,相邻孔 洞之间的基体横截面积不断缩小,出现颈缩现象,最 后断开使得孔洞相连。当越来越多的孔洞彼此相连 图6 焊接接头拉伸断口微观形貌 后,试样便发生断裂[16]。在图6中还可以观察到一 些二次裂纹,这些二次裂纹的萌生位置集中在断口 的解理台阶处,由于拉应力的大部分能量都提供给 主裂纹扩展,因此这些二次裂纹在萌生之后没有扩 展。由图6可知,接头断口分布着大量的韧窝,其中 还掺杂着部分解理台阶和二次裂纹,解理台阶为脆 性断裂的典型特征[16],由此可以判断7N01铝合金 MIG 焊接接头的拉伸断裂形式为韧窝为主的韧性 断裂和兼有少量脆性断裂的韧脆混合形式。
2.3 7N01铝合金 MIG焊接接头疲劳性能分析
图7为焊接接头疲劳试验断裂截面宏观形貌。 由图7可知,裂纹位于焊缝区域,说明焊缝为接头的 最薄弱处,这与硬度试验结果相符。疲劳寿命 N 与 应力幅S 之间的联系,可用式(1)来表达。
式中:C 为第一次循环时材料的疲劳强度因子;k 为 疲劳强度因子。
对式(1)两边取对数,可以得到
根据得到的疲劳试验数据,利用 ORIGIN 软件对 疲 劳试验数据进行拟合,拟合曲线如图8所示,所得曲线对应的拟合公式分别如式(3)和式(4)所示。
由图8可知,随着应力幅的降低,7N01铝合金 母材及焊接接头的疲劳寿命明显增加。母材的k 值小于焊接接头的,这说明随着应力幅的增加,焊接 接头疲劳寿命下降得更快。
图9为7N01铝合金焊接接头疲劳断口的微观 形貌。由图9a)可知,接头裂纹源区无明显导致裂纹 萌生的缺陷,根据其放射性条纹可以推断,疲劳裂纹 萌生于表面处,并向内部扩展。在试样断口表面有很多较为平坦的准解理面,小平面之间以撕裂方式相 接,因此判断接头的断裂方式以准解理断裂为主。
从图9可以观察到疲劳条带表面光滑且相互平 行,疲劳条带间分布着较多二次相和微裂纹,二次相 形貌呈白色颗粒状,直径约为2.5μm。对图9c)中 的二次相进行能谱分析,结果表明该相为含 Fe相。 LIN 等[17]认为含 Fe相为硬脆易碎相,在疲劳裂纹 扩展过程中易发生破碎,从而诱发微裂纹的萌生,微 裂纹会增大疲劳裂纹的扩展速率,从而缩短试样的 疲劳寿命。图9d)为瞬断区的微观形貌,可以清晰 地观察到大小不一的等轴韧窝。韧窝底部存在二次 相,这些二次相是产生韧窝的主要原因。
2.4 疲劳裂纹稳定扩展区微裂纹萌生及扩展分析
疲劳条带间围绕二次相的微裂纹形貌如图10 所示,该微裂纹的长度约为2μm。根据图中单个疲 劳条带的宽度和式(5)可以推断出疲劳裂纹扩展速 率[18]。
式中:vs,L 和t分别为疲劳裂纹的稳定扩展速率、 单个疲劳条带的宽度和疲劳循环时间。
在循环载荷的作用下,二次相对位错运动具有 一定的钉扎作用,当钉扎作用超过一定范围时,二次 相与周围基体产生裂纹[19]。
二次相所致裂纹的萌生机理如图11所示。在 第一阶段,位错线在循环载荷的作用下不断运动;在 第二阶段,由于二次相对位错运动的钉扎作用,位错 线遇到二次相时发生部分弯曲;在第三阶段,位错线 与二次相刚开始接触时,位错线在二次相周围仅发 生部分变形。随着循环载荷的加载,位错线发生剧 烈弯曲,最后位错线在二次相周围首尾相接,形成一 个包围二次相的位错环。
3 结论
(1)中厚板7N01铝合金 MIG 焊接接头焊缝区的显微组织以等轴晶为主;熔合区的显微组织为取 向明显的柱状晶;热影响区晶粒尺寸较为粗大,形貌 与母材轧制态组织相似。
(2)12mm 厚7N01铝合金 MIG 焊接接头、热 影响区及母材的抗拉强度分别为259,356,402MPa。 其中接头的延伸率为11.4%,塑性较好。通过拉伸 断口分析可以判断接头拉伸断裂形式为韧脆混合 形式。
(3)通过对疲劳试验拟合曲线的分析,发现随 着应力幅的降低,中厚板7N01铝合金母材及焊接 接头的疲劳寿命明显增加,随着应力幅的增加,焊接 接头疲劳寿命下降得更快。
(4)微裂纹会加速疲劳裂纹的扩展。在疲劳断 口的裂纹稳定扩展区,疲劳条带间存在二次相,进而 提出了因二次相导致的微裂纹萌生模型。当位错环 聚集所引起的应力超过一定范围时,会在二次相与 材料基体交接的应力集中处产生微裂纹。
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<文章来源 >材料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 58卷 > 2期 (pp:30-35）>
线切割机床响声大
数控线切割机床的基本组成包括加棉伤曾工程序、高频电源、驱动系统﹑数控系统及机床本体。加工程序可由人工编写（如早期的3B指令）矛，现在都在计算机上进行绘图（如现在的CAXA,HL,HF,YH等编程软件），然后生成加木探低决歌数础工程序。程序的输入可由数控系统的面板（单板机）进行手工输入，也可通过计算机的23该五2串行口进行传输，也可以用计算机USB接口进行传输。
在选购数控线切众月孔约缩让治缺提复盾割机床时可从三个方面考虑，首先是机床本体能否符合自己的加工要求，机床的质量如何。其次是数控系统，数控系统有很多种类，选扬境降交汉择合适的系统是选购数控机床的关孙史守欢评字名证热键。最后是驱动单元，也是机床控制的关键，不同的驱动单元能达到政守例湖的加工精度也不一样，在选择驱动单元时，要根据加工的工件的精度要求选择合适的驱动单元。
以下从机床本体﹑数控系统及驱动单元三个方面进行分析：
1、机床本体的选择
首先机床结构设计与加工件尺寸和重量要达到最佳的匹配。对于中大型负载工作台采用全支撑加工中心结构。这样设计才能具有足够的承载﹑刚度、精度、抗振性和精度保持性。冲其次是进给系统的机械传动要采用滚珠丝杠，滚珠丝杠优于三角螺纹丝杠和梯包类督死声绝物速形螺纹丝杠，并且要求丝杠的直径尽可能大些，增加刚性。再次是导轨，工作台运动善课云拉景导轨是保证工作台运动精度的关键，用户在选型时应高度重视。首先观察导轨的横截面的大小，在同等条件下，越粗壮，刚性越好，加工中越不易产生变形，才能保证机床在长期工作中能得到最高精度和耐用性。日前市场上常见的导轨结构有以下几种：
①镶导钢滚珠式滚动导轨。
②镶钢滚柱式滚动导轨。
③直线滚动导轨。
第一种与第二种的区别在导轨的滚体上，一个是滚珠一个是滚柱。滚珠与导轨面是点接触，滚柱与导轨面是线接触，所以它的耐磨性和轴承能力都大大优于滚珠式。而线性滑轨是一种滚动导引，它由钢珠在滑块与滑轨之间作无限滚动循环，使得负载平台能沿着滑轨轻混爱国制固啊专直具易的以高精度作线性运动，其摩擦系数可降至传统滑动导引的1／50，使之能轻易地达到μm级的定位精度。滑块与滑轨间的末制单元设计，使得线形滑轨可同时承受上下左右等混接跳各方向的负荷，线性滑轨有更平顺且低噪音的运动特性。使之精度保持和承载能力都大大优于滚珠和滚柱式。目前在日本现矛林报每破引沙迪克公司、日本三菱公司、瑞士夏米尔公司、瑞阿奇公司进口的机床中都是采用第三种结构，所以通过对比，用户在选型时应尽量考虑第三种结构。
2、蛋套免断北加效数控系统的选配
数控系统是理标里际湖才维保数控机床的“大脑”，对机床控制信息进行运算及处理。根据数控系统的原理可分为经济型数控系统和标准型数控系统两大类。
2.1、经济型数控系统
经济型数控系统从控制方法来看，一般指开环数控系统。开补认请心盾胶亲系染写权环数控系统是指数控系统本身不带位置检测装置，由数控系统送出一定数量和频率的指令脉冲，由驱动单元进行机床定位。开环系统在外部因素影响的情况下，机床不动作或动作不到位，但系统已当机床到达了指定位置，此时机床的加工精度将大大降低。但因其结构简单、反应迅速、工作稳定可靠、调试及维修均很方便，加之价格十分低廉，但受步进电机矩频特性及精度、进给速度、力矩三者之间相互制约，性能的提高受到限制。所以，经济型数控系统目前用于数控快走丝线切割及一些速度和精度要求不高的经济型中走丝线切割机床，在普通快走丝机床的数控化改造中也得到广泛的应用。
2.2、精密型数控系统
精密型数控系统包括半闭环数控系统和全闭环数控系统。
半闭环数控系统一般指机床的伺服电机的位置信号（光电编码器）反馈到数控系统，系统能自动进行位置检测和误差比较，可对部分误差进行补偿控制，因此其控制精度比开环数控系统要高，但比全闭环的数控系统要低。
全闭环数控系统除包括机床的伺服电机的位置反馈外，还有机床工作台的位置检测装置（通常用光栅尺）的位置信号反馈到系统，从而形成全部位置随动控制，系统在加工过程中自动检测并补偿所有的位置误差。
全闭环数控系统的加工精度是最高的，但这种系统的调试、维修极其困难，而且系统的价格很高，只适用于中、的数控机床上。
因为开环控制系统的价格比闭环控制系统要低得多，因此在选择数控系统时，要考虑数控系统占整台数控机床的价格成本比例，然后根据机床的配置情况及机床本身的要求，中、低档机床采用开环控制系统，中、机床采用闭环控制系统。
3、驱动单元的选配
驱动单元包括驱动装置和电机两部分，对驱动单元的选购主要在于驱动装置的选择，因为电机是通用的部件，性能差别只存在于不同的厂家和型号。
驱动电机主要可分为：反应式步进驱动电机、混合式（也称永磁反应式）步进驱动电机和伺服驱动电机三大类。
反应式步进驱动电机的转子无绕组，由被励磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行。混合式步进电机的转子用*磁钢，由励磁和永磁产生的电磁力矩实现步进运行。步进电机受脉冲的控制，通过改变通电的顺序可改变电机的旋转方向，改变脉冲的频率可改变电机的旋转速度。步进电机有一定的步距精度，没有累积误差。但步进电机的效率低，拖动负载的能力不大，脉冲当量不能太大，调速范围不大。目前步进电机可分为两相、三相、五相等几种，常用的是五相步进电机。在过去很长一段时间里，步进电机占很大的市场，但目前正逐步为伺服电机所取代。
目前常用的伺服电机是交流伺服电机，在电机的轴端装有光电编码器，通过检测转子角度用以变频控制。从最低转速到最高转速，伺服电机都能平滑运转，转矩波动小。伺服电机有较长的过载能力，有较小的转动惯量和大的堵转转矩。伺服电机有很小的启动频率，能很快从最低转速加速到额定转速。
采用交流伺服电机作为驱动器件，可以和直流伺服电机一样构成高精度，高性能的半闭环或闭环控制系统。由于交流伺服电机内是无刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转速和功率的提高。目前已经在很大范围内取代了直流伺服电机。采用高速微处理器和专用数字信号处理机（DSP）的全数字化交流伺服系统出现后，原来的硬件伺服控制变为软件伺服控制，一些现代控制理论中的先进算法得到实现，进而大大地提高了伺服系统的性能，因此伺服单元能较大的提高加工效率及加工精度，但伺服驱动单元的价格也较高。随着伺服控制技术的逐步提高，目前伺服驱动单元正逐步成为驱动单元的主力军，伺服驱动单元的价格也在逐步减低。
伺服驱动器有两种。一种采用脉冲控制方式，此种驱动器与电机闭环，但不反馈到数控系统，这种驱动器在某种程度上可称为开环控制的伺服控制。另一种采用电压控制方式，通过电压的高低进行电机的转速控制，电机的反馈信号通过驱动器反馈到数控系统进行位置控制。
选择驱动单元时，也要考虑驱动单元的价格在整台数控机床中的比例。整台数控机床价格较低的一般选择步进驱动单元，而价格较高的机床选择伺服驱动单元。但选择驱动单元的同时，也要考虑驱动单元与数控系统的匹配问题，选择闭环控制系统时必须选择闭环的伺服驱动单元。交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。
4、功能选择
以上是根据数控系统的加工精度进行考虑，除此以外，还要从数控系统的功能选择上考虑。
数控系统控制轴的数量也是选择的关键。按控制轴的数量可分为两轴联动、四轴联动、多轴联动等。控制轴的数量越多，机床所能加工的形状越复杂，但其成本就越高。目前线切割割机床一般用两个直线移动轴联动，有锥度装置的附加二个直线移动轴。的系统则联动的轴更多，代表线切割机床制造业最高境界的是五轴联动数控系统，其中四个轴分别为XYUV直线移动轴，一个轴为Z轴作上下直线移动轴，五轴联动时可加工出比较复杂的空间零件。当然这需要的数控系统、伺服系统以及软件的支持，对机床的要求也极高。
控制轴越多，数控系统的价格成几何级数增长。因此，在选择数控系统时，要根据机床本身的运动轴进行选择，多余的控制轴并不能提高机床的控制精度，反而增加了数控系统的成本。
上述这类问题在数控线切割机床的功能配置时是经常遇到的，作为一个数控机床的设计和销售人员以及投资购买者，都必须清楚了解数控系统的各种功能用途，根据机床的实际情况为用户配置经济合理、功能和价格比都比较高的数控机床，减少不必要的浪费。