刀具表面状态对电工钢板剪切断面完整性的影响

目的研究电工钢板材精密剪切加工过程中,刀具表面粗糙度与润滑条件对剪切断面完整性的影响。方法使用不同表面粗糙度的刀具,分别在干切和润滑下对0.5mm厚的无取向电工钢进行剪切加工实验,使用MahrXT20粗糙度轮廓仪检测刀具表面粗糙度,使用Kistler三向测力仪测量剪切过程中的三向力,使用Keyence超景深显微镜检测断面形貌和截面轮廓,使用维氏显微硬度计测试剪切边缘硬度分布,使用有限元方法计算刀具表面粗糙度和润滑油膜对刀具-工件表面接触面积和摩擦力的影响。结果干切条件下,刀具表面粗糙度Rα值越大,剪切力越大,剪切边缘加工硬化越大,剪切断面完整性越差。润滑条件下,随刀具表面粗糙度Rα值的增加,剪切断面完整性先变好后变差,且加工硬化与剪切力都呈现出先减小后增加的趋势。刀具表面粗糙度Rα值较小或较大时,加注润滑剂难以改善加工效果,甚至产生负面影响。板材与刀具接触界面润滑条件下,刀具表面粗糙度Rα=0.2μm时有最优加工效果,相对干切条件,其光亮带高度和表面完整性分别增加16.9%和4.3%,塌角高度、硬化层相对深度以及F_y和F_z分别减少15.4%、28.1%、26.9%和7.1%。结论刀具表面粗糙度Rα增大,工件材料的附加微观变形增大,造成剪切断面完整性恶化;当刀具表面粗糙度合适时,添加润滑剂,可以在接触界面形成连续油膜,显著减少刀具与板材间固体接触面积和摩擦力,提高剪切断面完整性。工业生产中,刀具会逐渐磨损,导致表面粗糙度增大,故必须关注刀具表面粗糙度对剪切断面完整性的影响,并注重与润滑油的配合。     

剪切间隙对不锈钢板材分切断面质量的影响

通过斜刃横剪分切加工实验,研究了剪切间隙对304不锈钢板材分切断面形貌特征、加工硬化及剪切力的影响.结果 表明,剪切间隙直接影响了分切断面特征和加工硬化程度,随着剪切间隙的增大,分切断面平整性变差,塌角增大,剪切带高度先增大后减小,在相对剪切间隙为4％时能得到较好的分切断面质量;分切断面边缘最大硬度先增大后减小,硬化层深度不断增大.分切断面形貌与加工硬化密切相关,沿板材剪切方向的硬度值先增大后减小,在剪切带与断裂带交界处附近加工硬化最大.剪切力的变化趋势反映了剪切间隙的影响,在间隙过小或过大时,板材易产生裂纹而提早发生断裂,刃口附近板材变形程度减小,使剪切带高度、加工硬化程度及Z方向剪切力减小.     

应力状态对无取向电工钢塑性变形和断裂行为的影响

以晶粒粗大的无取向电工钢为研究对象,通过改装的Arcan夹具和蝶形试样,研究了0°纯拉伸、45°拉伸-剪切复合、90°纯剪切3种应力状态下,应力三轴度Rσ对材料塑性变形和断裂机制的影响。采用万能拉伸试验机多次定点停车、SEM观察晶粒变形和裂纹扩展的试验方法,实现了对变形过程的"准原位跟踪"及其力学响应的动态分析。发现应力三轴度对晶粒的滑移阻力有决定性影响。应力三轴度Rσ越小滑移越容易进行,其断裂形式越接近于无空穴剪切型损伤,断面韧窝特征越少;反之,滑移越难进行,断裂形式越接近拉伸型空穴损伤,断面韧窝密集。对于无取向电工钢,当Rσ≈0时,随着变形损伤的加剧,材料最终发生剪切型断裂;当0Rσ≤0.4时,材料为剪切和韧窝混合型断裂;当Rσ0.4时,材料为韧窝型断裂。     

取向硅钢横剪切口边缘绝缘涂层的破损形貌分析

采用斜刃横剪的加工方式对厚度为0.23mm的取向硅钢进行加工,研究加工过程中取向硅钢表面绝缘涂层的破损情况。在剪切加工过程中,取向硅钢表面由T2涂层(磷酸铝)与C2涂层(硅酸镁)组成的绝缘涂层在刀具作用下发生破损,其破损形貌分为裂纹区、压碎区以及剥落区。裂纹区和剥落区出现在塌角侧表面,而压碎区出现在毛刺侧表面。随着剪切侧隙的增加裂纹区宽度增大,压碎区基本保持稳定,剥落区略微增加。随着剪切速度的增加,毛刺侧表面涂层破损宽度先减小后增大。同时可观察到剥落区绝缘涂层发生了两种剥离形式,一种是T2涂层与C2涂层之间的层间剥离,另一种是C2涂层与基体之间发生的界面剥离。     

基于剪切力特征的圆盘剪分切机故障监测方法

设计了一种能够实时在线检测金属板材圆盘剪分切的三向力测量系统,提供对金属板材圆盘剪三向分切力特性分析的手段和平台,检测过程和剪切力数据稳定可靠。针对圆盘剪分切力信号特征不显著,以及故障状态难以在线远程识别的问题,提出了一种基于本征模态函数(IMF)能量矩和隐式Markov模型(HMM)相结合的圆盘剪分切机故障诊断方法。使用经验模态分解(EMD)方法将振动信号分解成若干本征模态函数(IMF),计算本征模态函数(IMF)能量矩作为状态特征信息,构造特征向量,建立隐式Markov模型对圆盘剪分切机进行故障监测识别。实验表明,该方法能有效识别圆盘刀周向跳动、机床空转、机床停机3种故障,可用于圆盘剪分切机故障监测。