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上海量博實(shí)業(yè)有限公司
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3MA用于（軸承/齒輪）磨削燒傷和殘余應(yīng)力無損檢測(cè)
2020-3-9 閱讀(771)
多年來，3MA已用于無損檢測(cè)和表征磨削燒傷。并可無損檢查受磨削影響的軸承/齒輪的承載能力與工作面的硬度（Hd）和殘余應(yīng)力（RS）之間的關(guān)系。“3MA齒輪掃描儀”可以在曲折形的表面掃描中掃描齒面。
【行業(yè)需求】
對(duì)于機(jī)加工的零件，不僅硬度，而且深度分布中的殘余應(yīng)力也會(huì)引起關(guān)注。磨削燒傷一般用來形容工件在研磨加工過程中造成的任何一種熱損傷。為了提供有關(guān)研磨部件的微觀結(jié)構(gòu)的質(zhì)量信息，通常使用自然蝕刻法（酸液浸洗法）。此方法不能*無損地工作。磨削缺陷，例如回火區(qū)和再硬化區(qū)，將通過酸洗蝕刻過程后表面的變色來指示。只要材料表面的信息足以描述研磨工件的整體質(zhì)量，此方法就很有用。
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| 研磨加工中可能造成熱損傷 | 不同類型的熱損傷以及它們發(fā)生時(shí)相對(duì)應(yīng)的溫度 | 酸浸法燒傷等級(jí) |
然而，由于研磨而引起的微觀結(jié)構(gòu)的熱誘導(dǎo)變化和殘余應(yīng)力可能會(huì)達(dá)到100um或更大的材料深度。而且，這樣的深磨缺陷可以被“隱藏”，例如，被具有適當(dāng)?shù)奈⒂^結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力的材料覆蓋。在這種情況下，將無法通過表面自然蝕刻（酸洗法）來檢測(cè)所有的磨削燒傷。
【應(yīng)用技術(shù)】
多年來，3MA已用于無損檢測(cè)和表征磨削燒傷。德國Fraunhofer IZFP無損檢測(cè)技術(shù)研究院已與工業(yè)伙伴合作開發(fā)3MA的此類應(yīng)用。作為與慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究合作伙伴FZG進(jìn)行的一項(xiàng)研究項(xiàng)目（FVA第453號(hào)）的一部分，檢查了受磨削影響的那些齒輪的承載能力與齒輪齒面的硬度（Hd）和殘余應(yīng)力（RS）之間的關(guān)系。
在3MA技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)齒輪進(jìn)行了無損檢測(cè)，因此可以在運(yùn)行測(cè)試中系統(tǒng)地檢查被測(cè)試的齒輪的齒面負(fù)載能力以及齒面材料性能的變化。開發(fā)了一種經(jīng)過特別改裝和小型化的3MA探頭，然后將其集成到多軸操縱系統(tǒng)中（見如下左圖）。這種綜合式的“3MA齒輪掃描儀”可以在曲折形的表面掃描中掃描齒面。
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| 3MA齒輪磨削燒傷掃描儀系統(tǒng) | 深度相關(guān)材料特性的校準(zhǔn)結(jié)果： （a）深度為0.1、0.2、0.3、1.0和3.0 mm時(shí)的硬度Hd，以及 （b）深度為0、0.01、0.02、0.04和0.06毫米的殘余應(yīng)力RS | |
為了進(jìn)行校準(zhǔn)，將3MA測(cè)量參數(shù)記錄在具有不同程度磨削損傷的未損壞齒輪上。隨后，使用參考方法（維氏硬度和X射線衍射法）測(cè)量這些齒輪中硬度Hd和殘余應(yīng)力RS的梯度分布。在此數(shù)據(jù)庫上，將3MA系統(tǒng)校準(zhǔn)為在材料深度為0.1、0.2、0.3、1.0和3.0毫米時(shí)的硬度（Hd），并在深度為0.00、0.01、0.02、0.04，和0.06毫米（見如上右兩圖）。結(jié)果表明3MA參數(shù)與Hd和RS之間具有非常好的相關(guān)性；Hd校準(zhǔn)的RMSE值為3HV，RS校準(zhǔn)的RMSE值為10 MPa。
下圖顯示了經(jīng)過校準(zhǔn)的3MA系統(tǒng)在具有不同程度磨削損傷的齒輪上的應(yīng)用。磨削燒傷分級(jí)表顯示了曲線標(biāo)記的含義。
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| 硬度曲線 | 殘余應(yīng)力 |
3MA在齒輪上進(jìn)行的測(cè)量結(jié)果顯示出不同程度的磨削損傷（代號(hào)為FA0-II、FB1-II、FB2-II、FB3-II、FD3-II、FE3-II）
| FA0-II | 無磨削燒傷/研磨損傷 | FB1-II | 輕度回火區(qū)，小于齒面10％ |
| FB2-II | 輕度回火區(qū)，齒面的10％到25％ | FB3-II | 輕度回火區(qū)，> 齒面的25％ |
| FD3-II | 強(qiáng)回火區(qū) | FE3 | 二次淬火 |
用3MA技術(shù)可校準(zhǔn)的不同類型的磨削燒傷分級(jí)表
由于上海量博實(shí)業(yè)有限公司展示的這種3MA技術(shù)的應(yīng)用是*無損的，因此可以根據(jù)需要經(jīng)常在磨削過的齒輪的應(yīng)力測(cè)試期間重復(fù)進(jìn)行這種硬度和殘余應(yīng)力分布的測(cè)量。這些研究可以詳細(xì)分析應(yīng)力測(cè)試過程中磨削損傷程度與齒輪性能之間的關(guān)系。Hd硬度和RS殘余應(yīng)力輪廓中與齒輪耐久性相關(guān)的特征可以被識(shí)別，從而可以基于3MA的測(cè)量結(jié)果預(yù)測(cè)磨削齒輪的承載能力（點(diǎn)蝕疲勞強(qiáng)度）。
硬度（Hd）和殘余應(yīng)力（RS）的深度分布的無損確定不僅對(duì)齒輪有用，而且對(duì)其他經(jīng)過精密加工的組件（例如軸承、氣門彈簧）也很有用。這些高性能零件的生產(chǎn)過程包括幾個(gè)步驟，這些步驟導(dǎo)致成品的Hd和RS深度分布圖復(fù)雜。可以使用下圖所示的3MA“閥門彈簧多層無損掃描儀”無損確定這些參數(shù)。如圖所示，硬度Hd可以在0.25、0.50、1.00和2.00毫米的材料深度處確定，殘余應(yīng)力RS可以在0.00、0.05、0.10、0.20和0.30毫米的深度處確定。
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| 3MA閥門彈簧的硬度和殘余應(yīng)力多層無損掃描測(cè)量系統(tǒng) | 3MA多層無損掃描儀應(yīng)用于確定深度相關(guān)的硬度(Hd)和殘余應(yīng)力(RS) |
