用于夏比冲击试验的试样U型缺口的加工方法与流程

用于夏比冲击试验的试样u型缺口的加工方法
技术领域
1.本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及用于夏比冲击试验的试样u型缺口的加工方法。


背景技术：

2.冲击试验是用以测定金属材料韧性的实验，冲击试验原理为制备具有一定形状和尺寸缺口的试样，并在试验机上将其沿缺口冲断，根据吸收功值测定材料韧性。冲击试样多为方形或圆柱形，外表面较容易加工，缺口处的尺寸、公差较小，使用影像仪进行尺寸检验，加工缺口时，缺口尺寸的变化会直接影响测试结果，如果缺口加工得比较锋利或者更深，缺口底部的正应力与剪切应力会增加，试样更容易发生脆断，因此，缺口的加工难度较大。
3.常见的冲击试验的试样缺口形状为u型，其深度及宽度尺寸最大仅为2mm，缺口底部所在直线应与试样轴线垂直，根部r通常为r1mm，表面质量要求高，粗糙度在ra0.25～ra0.8之间。目前效率较高的加工方式为采用磨床加工夏比u型缺口，用修砂石将7mm厚度的砂轮修磨至约2mm，再借助r规修磨砂轮最大外圆处，目测合格后用手工锯条试加工，根据投影仪的检测结果微调，因r1尺寸较小，此加工方式受人为因素影响较大，不同操作者的手感不一致，试样缺口处尺寸一旦成型则无法返修，且操作者手部距离砂轮太近，存在较大的安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供用于夏比冲击试验的试样u型缺口的加工方法，解决了现有技术中冲击试验的加工夏比u型缺口的加工精度不高，质量受人为因素影响较大的问题。
5.本发明采用的技术方案是，用于夏比冲击试验的试样u型缺口的加工方法，按照以下步骤实施：
6.步骤1、分别加工若干y轴挡板和x轴挡板；
7.步骤2、在平面磨床工作台的x轴方向边缘位置加工凹台，x轴挡板放入凹台，y轴挡板与x轴垂直贴紧垂直，实现试样的x、y轴的快速找正；
8.步骤3、平面磨床工作台上加装光栅尺，对试样加工出u型缺口。
9.本发明的特征还在于，
10.步骤1加工时，砂轮左右进给方向为x轴，砂轮前后进给方向为y轴；y轴挡板和x轴挡板均采用中走丝线切割加工后磨削，保证相邻面的夹角90
±
0.5
°
。
11.步骤2具体步骤为：修整砂轮，将平面磨床工作台靠近手轮一侧边缘磨削成宽度25mm、深度为2mm、长度为300mm的凹台，x轴挡板放入凹台并与2mm边贴平，y轴挡板与x轴挡板垂直方向贴平构成直角，试样的轴向贴平y轴挡板。
12.步骤3的具体过程为：
13.步骤3.1、平面磨床工作台上加装y、z轴光栅尺，x轴无需加装；将试样放入y轴挡板与x轴挡板构成的直角内，试样四周均用其它挡板固定，进行缺口位置控制；
14.步骤3.2、加工余量控制；
15.步骤3.3、控制缺口r尺寸以及缺口深度尺寸。
16.缺口位置控制具体过程为：用修砂石将砂轮厚度修整至2mm，砂轮靠近平面磨床工作台外缘，砂轮贴紧试样端面，光栅尺归零，根据光栅尺数显值移动到28.5mm后开始加工，此时的尺寸包含砂轮厚度的一半，即1mm，保证试样位置尺寸27.5mm。
17.加工余量控制具体过程为：砂轮在距离端面27.5mm位置加工完成后，预留0.5mm缺口深度加工余量，即缺口根部厚度为8.5mm，此时y轴光栅尺归零，修砂器放置在平面磨床工作台右侧，确保使用时避开试样、挡板等障碍物，侧面与x轴挡板贴平；将砂轮移至修砂器与x轴挡板贴平找正，通过修砂器自带的放大镜，保证修砂器金刚石的旋转角度与砂轮片垂直，观察金刚笔与砂轮两侧的触碰点，确保修砂器尖部在砂轮中心后修磨缺口r。
18.步骤3.3具体过程：结合y轴光栅尺数显值，将砂轮3向原点移动，直至光栅尺显示数值为“0”，砂轮移至零位，回到缺口位置，精磨缺口深度及r，加工至y轴挡板有细小火花时停止；修磨缺口至深度“8”，完成加工。
19.步骤1中y轴挡板和x轴挡板长度均为60～100mm，厚度均为8
±
0.03mm、宽度为25～40mm，表面粗糙度ra不大于0.8μm。
20.本发明的有益效果是：本发明用于夏比冲击试验的试样u型缺口的加工方法，保证缺口加工的位置、垂直度、深度、根部r的加工效率和准确性，采用普通平面磨床操作即可，加工成本低，通过制作工装、更换加工设备、提升设备能力的方式减少人为因素的影响，保障缺口加工质量。
附图说明
21.图1是本发明的缺口位置控制图；
22.图2是本发明的加工余量示意图；
23.图3是本发明的金刚石旋转结构示意图；
24.图4是本发明的修砂后精磨图；
25.图5(a)是实施例中使用手动修磨砂轮加工缺口效果图；
26.图5(b)是实施例中使用本发明的修磨砂轮加工效果图。
27.图中，1.试样，2.u型缺口，3.砂轮，4.金刚笔。
具体实施方式
28.下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
29.本发明用于夏比冲击试验的试样u型缺口的加工方法，具体按照以下步骤实施：
30.步骤1、分别加工若干y轴挡板和x轴挡板；
31.步骤1加工时，砂轮3左右进给方向为x轴，砂轮3前后进给方向为y轴；y轴挡板和x轴挡板均采用中走丝线切割加工后磨削，保证相邻面的夹角90
±
0.5
°
，y轴挡板和x轴挡板长度均为60～100mm，厚度均为8
±
0.03mm、宽度为25～40mm，表面粗糙度ra不大于0.8μm。
32.步骤2、在平面磨床工作台的x轴方向边缘位置加工凹台，x轴挡板放入凹台，y轴挡板与x轴挡板垂直，实现试样1的x、y轴的快速找正；
33.步骤2具体步骤为：修整砂轮3，将平面磨床工作台靠近手轮一侧边缘磨削成宽度
25mm、深度为2mm、长度为300mm的凹台，x轴挡板放入凹台并与2mm边贴平，y轴挡板与x轴挡板垂直方向贴平构成直角，试样1的轴向贴平y轴挡板。
34.步骤3、平面磨床工作台上加装光栅尺，对试样1加工出u型缺口2；
35.步骤3.1、平面磨床工作台上加装y、z轴光栅尺，x轴无需加装；将试样1放入y轴挡板与x轴挡板构成的直角内，试样1四周均用其它挡板固定，进行缺口位置控制；
36.缺口位置控制具体过程为：用修砂石将砂轮3厚度修整至2mm，砂轮3靠近平面磨床工作台外缘，砂轮3贴紧试样1端面，光栅尺归零，根据光栅尺数显值移动到28.5mm后开始加工，此时的尺寸包含砂轮3厚度的一半，即1mm，保证试样位置尺寸27.5mm。
37.增加光栅尺加以控制，有效减少划线带来的误差，实时跟踪砂轮主轴的移动距离，同时控制缺口深度、解决砂轮移动后的复位问题；如图1所示，砂轮3触碰试样1的端面时归零，移动28.5mm至中心。
38.步骤3.2、加工余量控制
39.加工余量控制具体过程为：如图2所示，砂轮3在距离端面27.5mm位置加工完成后，预留0.5mm缺口深度加工余量，即缺口根部厚度为8.5mm，此时y轴光栅尺归零，修砂器放置在平面磨床工作台右侧，确保使用时避开试样、挡板等障碍物，侧面与x轴挡板贴平；将砂轮3移至修砂器与x轴挡板贴平找正，通过修砂器自带的放大镜，保证修砂器金刚石4的旋转角度与砂轮片3垂直，如图3所示，观察金刚笔4与砂轮3两侧的触碰点，确保修砂器尖部在砂轮中心后修磨r；
40.步骤3.3、控制缺口r尺寸以及缺口深度尺寸
41.步骤3.3具体过程：结合y轴光栅尺数显值，将砂轮3向原点移动，直至光栅尺显示数值为“0”，砂轮移至零位，回到缺口位置，精磨缺口深度及r，加工至y轴挡板有细小火花时停止；修磨缺口至深度“8”，完成加工。
42.本发明将修砂器配合光栅尺的使用，确保砂轮修复r后准确回归零位，否则粗磨及精磨r的位置不能完全吻合，容易导致精磨后r根部出现台阶，同时缺口宽度超差。
43.实施例
44.试样1参照标准gb/t229、hb5144、hb5278、astme23等，本实施例中试样1为gb/t229中的u型冲击方形试样。光栅尺采用“信和”牌，规格300mm，精度1μm；修砂器采用“精展”，型号kt50。在u型缺口修磨过程中，1片砂轮完成300件冲击试样的缺口加工。
45.夏比u型缺口不同加工方式进行对比，现有的加工u型冲击的设备采用普通平面磨床，试样尺寸27.5mm通过划线标记后对照相应位置磨削完成，手修缺口如图5(a)所示，划线尺寸不够准确，宽度差，r形状不规则，手动修磨砂轮r尺寸不稳定且存在较大的安全隐患，平面磨床的工作台面只有在最边缘才可定位，但边缘往往存在毛刺，利用直角尺定位时存在较大的定位误差，导致试样轴线难以保证与砂轮行走方向及修砂器垂直。
46.本实施工作台上加工x轴方向的凹台，自制x、y轴挡板，其中x轴挡板与凹台紧密贴合，y轴挡板短边与x轴挡板长边紧密贴合，形成较为标准的90
°
直角，试样放入直角内即可实现试样的快速找正，保证关键尺寸90
±2°
。增加光栅尺，实时监控砂轮的y、z方向的移动，砂轮修磨前y轴可自由移动，轻松复位，粗精磨前后完全吻合，不出现台阶，如图5(b)所示。z轴光栅尺可控制试样厚度方向的尺寸变化，解决关键尺寸27.5、加工余量0.5mm问题、缺口深度8
±
0.09mm，如图4所示。带放大镜的修砂器修磨r，修砂器边缘贴紧x轴挡板，实现快速
找正x轴，方能保证修出尺寸标准、形状规则的u型缺口r。
47.本发明用于夏比冲击试验的试样u型缺口的加工方法，主要针对航空企业中的设备老化现象较为普遍，现有u型缺口普通加工方式中，人为因素影响缺口尺寸、形状或表面状态，导致测试结果不真实的问题，采购高精度设备周期过长、成本较高，本发明通过制作工装、加装光栅尺，即可在普通设备上完成标准试样加工要求，对于缺口关键尺寸，如缺口r、缺口位置、缺口深度、缺口角度加工精度高。本发明不仅提高了缺口加工的工作效率，还避免了人为因素带来的缺口磨削、对刀误差，u冲缺口的加工成型精度高，可广泛推广运用，减少试样加工人为因素对冲击试验过程的影响，节约原料和成本。