资讯动态
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    国内刀具磨损检测系统的现状及未来发展方向展望
    金属加工过程中,刀具监控的状态对于生产效率和表面加工质量有重要影响,对刀具进行磨损检测具有一定的必要性。在传统行业中,操作人员一般会通过切屑的颜色变化、振动声音的变化、加工时间和加工工件的数量等来判断刀具的磨损状态及破损情况。人工判断受经验等因素影响较大,判断准确性不高,会出现以下情况:(1)会造成刀具磨损量尚未超过规定的磨损标准就被更换,使刀具没有被充分利用,造成严重浪费而使产品成本升高;(2)会造成刀具已严重磨损或破损而不能及时被更换,这不仅影响工件表面加工的质量和尺寸精度,还有可能造成人员伤亡事故的发生。由此可见,在机加工过程中,对刀具磨损状态进行检测是至关重要的。—、我国刀具磨损检测系统的发展历史刀具磨损状态检测系统是指在生产加工过程中,通过某种传感器,将刀具磨损变化量转换成该传感器的信号变化量。然后,采集传感器的输出信号并进行分析和处理,从而得到刀具的当前磨损状态,以便进一步预测刀具未来时刻的可能磨损量。系统的具体模块是:研究对象、加工条件、信号采集、特征提取、状态识别。迄今为止,由于切削过程的多样性、复杂性和随机性,我国现有的刀具检测系统不具有通用性。刀具状态自动监控仍是一项尚未完善解决,是迫切需要进一步研究和探索的科研课题。迄今为止,由于切削过程的多样性、复杂性和随机性,我国现有的刀具检测系统不具有通用性。刀具状态自动监控仍是一项尚未完善解决,是迫切需要进一步研究和探索的科研课题。间接法测量中,比较有代表性的有切削力检测、声发射检测、振动检测、切削温度检测及工件表面粗糙度检测等几种。完成切削力检测的设备较为昂贵,占很大安装空间,在研究切削力变化时,研究人员难以判断是切削力自身变化还是由工件材料等物理属性的变化引起的。声发射检测的传感器虽安装方便,当安装位置要求较高,安装的位置不同对检测的影响程度不一样。检测振动信号通常是使用压电式加速传感器,但实际检测时检测工件的垂直面比较难以实现,很难得到理想的检测信号。使用热电效应进行温度检测,但因热电偶的惯性大响应慢,不适用于实际生产。用已加工出来的工件的表面粗糙度来反映磨损量的变化情况,不能够及时反映出刀具的磨损量。另外,影响工件表面粗糙度的因素不是单方面引起的,且需要事先采集样品定标,受工况中切削液、切屑、工件材质、振动等的影响较大,实用水平不高。各种间接检测方法虽然实施起来比较方便,但其敏感性低,信号变化不大时检测难度大,且会因为材料内部分布不均匀受到影响。
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    目前刀具市场上*受欢迎钢材列表
    随着科技技术的不断发展,冶金技术的不断进步,大约每隔5年,'*好的'刀具钢就会发生变化。这意味着现在是时候将大家的目光投向冶金学的前沿,看看接下来有什么新钢材进入用户视野。M390系列钢材统治了高端钢材将近五年。所以,在*佳刀具钢方面,随着时间的推移,M390即将退出*佳优质钢的头衔,取而代之的是*新钢材。目前市场上关于钢材、耐腐蚀性、保持锋利度、韧性和硬度等方面的达到均衡的钢材更加受市场欢迎,每个品牌都在研发新的钢材试图通过不同的金属元素组合提供*佳的效果。如果您需要深入了解有关钢材方面的信息,《Knife Steel Nerds》是一个非常好的资源。由冶金学家 Larrin Thomas 运营,是深入探讨钢材问题的**地点。由于讨论的常识较为专业,如果发现他们讨论的问题无法了解,你可以实时通过维基百科进行专业常识的了解。在过去,钢材就像药物一样,没有*好,只有*合适。而钢材同样也是,没有*好的钢材,只有适合特定工作的钢材。对于很多用户来说,这种说法已经不再正确。Vanax 和 Magnacut 代表了在各个方面都表现良好且几乎没有任何明显缺点的钢材。这些钢材能够以相对便宜的价格获得,且目前较多刀具品牌已经采用。因此,在下面大家将详细先容刀具行业近期出现的新钢材。S45VN如果把 S45VN 看做是 S35VN 的儿子,那么也可以看作是 S30V 的孙子. Spyderco 企业已经在很多型号上采用了S45VN钢材,收到了众多好评,与 S30V 相比,它的耐腐蚀性更好,硬度也相对较高,同 Elmax、S35VN甚至 M390 在一起相比,各个方面S45V表现得都相当不错。目前Chris Reeve Knives 和 Spyderco 都对 S45VN 广泛进行采用。M398Bohler 利用其 M390 钢的品牌认可度,在此基础上对 M390 配方进行了优化,使其增加了硬度和韧性、但是耐腐蚀性稍低。诞生了 M398,Bohler 官方回应M398相对于 M390 和 S90V 具有更高的硬度以及保持性。如果把时间退回到五年前,那么 M390 则代表的就是耐腐蚀性、韧性、硬度等钢材因素的平衡。目前唯一大量使用该钢材制作刀具的企业是 Shirogorov,但如果看到 Spyderco Mule 采用 M390 也不会感到意外。CromaxCromax 实际上是专为工业用途设计的钢材,主要用于液压系统活塞。因此它非常坚固且易于机械加工。目前只有 Shirogorov 使用该钢材,在其Urusus 型号上标注为“Cromax PM”。Cromax 拥有极高的耐腐蚀性和韧性。Apex Ultra2021年发布专门用于锻造的钢材,这是一种专为手工刀具开发的新型钢材。ApexUltra 是一款真正值得手工制作的刀具钢材。它是一种低合金设计,可锻造、可锻焊,其细小的碳化物使该钢相对容易精加工和打磨锋利。凭借其高纯度和均衡的合金成分,它在 66+ HRC 范围内具有迄今为止测试的所有刀具钢中拥有*高的韧性,并且具有出色的刀刃保持性。这是PM钢材很难达到的程度。由两位铸剑师 Tobias Hangler 和 Marco Guldimann 开发,并在KSN's Larrin Thomas 的咨询下,该钢材旨在使锻造钢材表现更像现代钢材,具有高边缘保持力和硬度,其中包含了钨(W)。考虑到它专为锻造而设计,不太可能出现在量产刀上,这意味着只有富裕且喜欢单独定制锻造刀具的人才能体验 Apex Ultra。Vanax作为“氮交换”系列新一代钢材之一,在增加耐腐蚀性方面使用氮元素取代碳元素。Shirogorov 的一些型号中有几把 Vanax 刀片,这种钢材实际上是一种全能型钢材,因为它非常坚硬(通常对于氮化钢来说是一个难题),同时几乎不生锈,就像 LC200N 一样,如果你的使用环境对耐腐蚀性、韧性、保持性要求较高,你可以向任何人推荐这种钢材。MagnacutMagnacut 由 Larrin Thomas 设计,在韧性、耐腐蚀性、硬度、易打磨性各个方面这种钢材表现的非常出色。在早期实验中,得到了许多**的刀匠以及品牌方的认可,实验结果令人惊艳。目前来说,可以说是*优质的刀具钢材,在各个方面都达到了均衡。虽然在21年公布出来,在2022年进入刀具市场,且 Magnacut 的钢材价格相对其他高端钢也较为合理。目前它以*快的速度占领的市场,要比 M390 进入市场的时候更加迅猛。目前已知的知名刀具品牌均采用 Magnacut 钢材。
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    影响刀具使用的因素--刀具角度
    涂层技术的发展与应用对刀具性能的改善和切削加工技术的进步发挥了关键的作用,而涂层刀具也已成为现代切削刀具的重要标志。刀具角度是指刀具切削部分各几何要素之间,或它们与参考平面之间构成的两面角或线、面之间的夹角。为了保证切削加工的顺利进行,获得合格的加工表面,所用刀具的切削部分必须具有合理的几何形状。而刀具角度正是用来确定刀具切削部分几何形状的重要参数。01影响刀具使用的几个因素刀具材料,涂层,刀具角度,冷却液,切削方式,切削参数,铁削控制,刃口处理,刀具结构,机床刚性02刀具的构成要素刀具的切削部分主要由刀面和切削刃两部分构成。刀面用字母A与下角标组成的符号标记,切削刃用字母S标记,副切削刃及相关的刀面标记在右上角加一撇以示区别。(1)前面(前刀面)Ar:刀具上切屑流出的表面;(2)后面(后刀面)Aα:刀具上与工件过渡表面相对的刀面;(3)副后面(副后刀面)Aα′:刀具上与工件新形成的表面相对的刀面;(4)主切削刃S:前面与后面形成的交线,在切削中承担主要的切削任务;(5)副切削刃S′:前面与副后面形成的交线,它参与部分的切削任务;(6)刀尖:主切削刃与副切削刃汇交的交点或一小段切削刃。03正交平面参考系中的刀具标注角度刀具角度参考平面用于构成刀具角度的参考平面主要有:基面、切削平面、正交平面、法平面、假定工作平面和背平面。在基面Pr上刀具标注角度有:主偏角κr──主切削平面Ps与假定工作平面Pf间的夹角;副偏角κr′──副切削平面Ps′与假定工作平面Pf间的夹角。在切削平面Ps上刀具标注角度有:刃倾角λs──主切削刃S与基面Pr间的夹角。刃倾角λs有正负之分,当刀尖处于切削刃*高点时为正,反之为负。在正交平面Po上刀具标注角度有:前角γO──前面Ar与基面Pr间的夹角。前角γO有正负之分,当前面Ar与切削平面Ps间的夹角小于90时,取正号;大于90时,则取负号;后角αO──后面Aα与切削平面Ps间的夹角。以上五个角度κr、κr′、λs、γO、αO为车刀的基本标注角度。在此,κr、λs确定了主切削刃S的空间位置,κr′、λs′确定了副切削刃S′的空间位置;γO、αO则确定了前面Ar和后面Aα的空间位置,γO′、αO′则确定了副前面Ar′和副后面Aα′的空间位置。04不同刀具角度对加工的影响前角主要影响切屑变形和切削力的大小以及刀具耐用度和加工表面质量的高低。前角增大,可以使切削变形和摩擦阻力减小,切削力和切削热降低,加工表面质量提高;但前角过大会使切削刃强度减弱,散热条件变差,刀具寿命下降,甚至会造成崩刃。前角减小,刀具强度提高,切屑变形增大,易断屑;但前角过小,会使切削力和切削热增加,刀具强度随之降低。后角主要影响后刀面与过渡表面层之间的摩擦和刀头的强度。后角越大,摩擦越小,刀具耐用度越高,加工表面质量越好;但后角太大会导致刀头强度减弱,散热情况变差。主偏角影响刀具的耐用度、已加工表面粗糙度与切削分力。减小主偏角,主刃参加切削的长度增加,负荷减轻,同时加强了刀尖,增大了散热面积,使刀具寿命提高;但同时会使吃刀抗力增大,当加工刚性较弱的工件时,易引起工件变形和振动。副偏角影响已加工表面的粗糙程度和刀尖强度。减小副偏角,可以使被加工表面光洁,还可提高刀具强度,改善散热条件;过小,则会使副切削刃与已加工面的摩擦增加,引起震动,降低表面质量和刀具耐用度。刃倾角主要影响切屑流向、刀尖强度和抗冲击能力。刃倾角为正值,切削开始时刀尖与工件先接触切屑流向待加工表面,可避免缠绕和划伤已加工表面,对半精加工、精加工有利;刃倾角为负值,切削开始时刀尖与工件后接触,切屑流向已加工表面,容易将已加工表面划伤;在粗加工开始,尤其是在断续切削时,可避免刀尖受冲击,起到保护刀尖的作用。
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    刀具断屑
    刀具断屑可靠与否,对正常生产与操编辑安全都有着重大影响。在切削加工中,崩碎切屑会飞溅伤人,并易研损机床;而长条带状切屑会缠绕在工件或刀具上,易刮伤工件,引发刀具破损,甚至影响工人安全。对于数控机床(加工中心)等自动化加工机床,由于其刀具数量较多,刀架与刀具联系密切,断屑问题就显得更为重要,只要其中—把刀断屑不可靠,就可能破坏机床的自动循环,甚至破坏整条自动线正常运转,所以在设计、选用或刃磨刀具时,必须考虑刀具断屑的可靠性。而对于数控机床(加工中心)等,并应满足下列要求:切屑不得缠绕在刀具、工件及其相邻的工具、装备上;切屑不得飞溅,以保证操编辑与观察者的安全;精加工时,切屑不可划伤工件的已加工表面,影响已加工表面的质量;保证刀具预定的耐用度,不能过早磨损并竭力防止其破损;切屑流出时,不妨碍切削液的喷注;切屑不会划伤机床导轨或其他部件等。在满足上述要求的基础上,不同刀具对切屑长度还有不同要求。例如一般粗车钢料的*大切屑长度为100mm左右;精车则应稍长。要避免过于细碎的切屑,因为它容易嵌入机床导轨和刀具装置的一些重要部位,这样不仅需要附加防护装置,还给清除切屑带来一定的困难。对于某些不易断屑的刀具,如成形车刀、切槽车刀和切断车刀等,在数控机床等自动化机床上,应保证其稳定的卷屑。一、切屑形状的分类根据工件材料、刀具几何参数和切削用量等的具体情况,切屑形状一般有:带状屑、C形屑、崩碎屑、宝塔状卷屑、发条状卷屑、长紧螺卷屑、螺卷屑等。(1)带状屑:高速切削塑性金属材料时,如不采取断屑措施,极易形成带状屑,此形屑连绵不断,常会缠绕在工件或刀具上,易划伤工件表面或打坏刀具的切削刃、甚至伤人,因此应尽量避免形成带状屑。但有时也希翼得到带状屑,以使切屑能顺利排出。例如在立式镗床上镗盲孔时。(2)C 形屑:车削一般的碳钢、合金钢材料时,如采用带有断屑槽的车刀则易形成C形屑。C形屑没有了带状屑的缺点。但C形屑多数是碰撞在车刀后刀面或工件表面而折断的。切屑高频率的碰断和折断会影响切削过程的平稳性,从而影响已加工表面的粗糙度。所以,精加工时一般不希翼得到C形屑.而多希翼得到长螺卷屑,使切削过程比较平稳。(3)发条状卷屑:在重型车床上用大切深、大进给量车削钢件进,切屑又宽又厚,若形成C形屑则容易损伤切削刃,基至会飞崩伤人。所以通常将断屑槽的槽底圆弧半径加大,使切屑成发条状在加工表面上碰撞折断,并靠其自重坠落。(4)长紧卷屑:长紧卷屑形成过程比较平稳,清理也方便,在普通车床上是一种比较好的屑形。(5)宝塔状卷屑:数控加工、机床或自动线加工时,希翼得到此形屑,因为这样的切屑不会缠绕在刀具和工件上。而且清理也方便。(6)崩碎屑 :在车削铸铁、脆黄铜、铸青铜等脆性材料时,极易形成针状或碎片状的崩碎屑,既易飞溅伤人、又易研损机床。若采用卷屑措施,则可使切屑连成短卷状。总之,切削加工的具体条件不同,希翼得到切屑的形状也不同,但不论什么形状的切屑,都要断屑可靠。
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    刀具监控关键技术与算法
    威尼人斯网址一般由信号检测、特征提取和状态识别三部分组成,其关键技术有智能传感、信息融合、信号处理和智能学习决策。1.智能传感1.1智能传感技术多传感器信息融合与单一传感器信号处理有着本质区别。多传感器的信息更复杂,能够在不同层次上融合集成。经融合后的信息具有冗余、互补、实时与低成本性,且多传感器融合的信息更全面、更准确。1.2智能传感技术的发展趋势信息采集由单传感器向多传感器发展,特征提取由单特征值向多特征值发展;多传感器信息采集成为趋势。多传感器获取多种信号,进行多参数的智能决策;开发灵敏度高、结构紧凑、安装方便、抗干扰的传感器;向多传感器信息融合的方向发展,尤其是基于神经网络的多传感器信息融合。2.基于神经网络的多传感器信息融合信息融合需要有效算法和较强的数据处理,神经网络和计算机分别满足此要求,因此信息融合在刀具监测中广泛应用。多传感器信息融合与神经网络相结合,构成多参数、多模型系统,应用于刀具监测中,前景广阔。基于神经网络的多传感器信息融合具有如下优点:(1)信息存储在网络的联接权值和联接结构上,形式统一,便于建常识库及管理。(2)神经网络增加容错性。当传感器出现故障或检测失效时,神经网络的容错功能允许检测系统正常工作,并输出可靠信息。(3)神经网络具有自学习和自组织功能,能自适应检测环境的变化及检测信息的不确定。(4)神经网络具有并行机制,处理信息速度快,满足实时处理需要。3.信号处理3.1信号处理技术信号处理是分析处理采集的信号,获取特征值,对特征值决策分析,达到监测目的。刀具监控的信号处理方法极为丰富,有时域分析、频域分析、时频分析、统计分析、智能分析、神经网络等。传统的信号处理多集中时域或频域分析。近年来,信号处理方法则逐渐向时频分析和智能方向发展。(1)傅立叶变换将瞬时多变的时域信号转换到频域上,更有利于分析其特征和性质,而傅立叶变换是频域分析的重要方法。离散傅立叶变换(DFT)的时域和频域均离散化,可用计算机作傅立叶分析。快速傅立叶变换(FFT)使DFT 的运算效率提高1至2 个数量级。傅立叶变换用频谱特性分析表现时域信号,但也有其局限性。(2)小波分析小波分析是多分辨率分析的时频分析方法,在时域、频域都能够表征信号局部特征,其窗口大小固定不变但形状可变。小波、小波包能分析微弱故障,适应于探测正常信号中夹带的瞬态反常现象,应用前景广宽。连续小波变换是一种特征提取方法,通过将信号在时间—频率尺度上的特征提取,反映原信息的特征,但不能准确反映信号的能量大小。基于多分辨率的小波分析具有变化的时间或频率分辨率,能准确反映信号的能量大小。基于信号的小波包分析将信号分解在带宽相同、首尾相接的频带上,对高频和低频都具有较高的时频分辨率。(3)广义自适应小波广义自适应小波分析是指在小波分析中,根据信号特点,依照某种算法对一个或几个参量进行适应性选择,以取得*好的分析效果。这些参量包括小波基、小波分解尺度、平移系数和加权系数等。
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