準(zhǔn)確簡單地測量磨損量的方法

磨損是在工具的刀尖、機(jī)械部件的滑動(dòng)部發(fā)生的現(xiàn)象，磨損的量稱為磨損量，對這些部件的性能有巨大影響。關(guān)于磨損的影響，其引起的發(fā)熱和振動(dòng)會(huì)造成加工不良，而引起的松動(dòng)會(huì)造成動(dòng)作不良，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備故障和破損。
會(huì)發(fā)生磨損的位置必須仔細(xì)維護(hù)，用油脂等潤滑劑來防止磨損。即便如此，磨損仍然是難以避免的潛在危險(xiǎn)因素。由此可見，磨損量的測量對于維持產(chǎn)品質(zhì)量、保養(yǎng)裝置、保障安全來說是很重要的。

■何謂磨損

磨損是指摩擦引起的固體表面逐漸減量的現(xiàn)象。也就是說，隨著摩擦，固體表面會(huì)持續(xù)性地減量。摩擦和磨損的現(xiàn)象是外部因素（載荷、速度、溫度、環(huán)境等）和工程因素（幾何學(xué)形狀、變形、界面狀態(tài)等）產(chǎn)生復(fù)雜性影響的問題。
與磨損相似的現(xiàn)象還有腐蝕（侵蝕），這是流體和固體的摩擦引起的磨損，在配管中的流體和配管之間等處發(fā)生。

■磨損的種類

磨損是在多種因素組合下發(fā)生的，例如作用于摩擦部分的載荷、摩擦材料雙方的物性、周圍環(huán)境、熱量、溫度、物理和化學(xué)作用等非常多的參數(shù)等，因此磨損的種類有各種分類。此處將介紹其中較具代表性的磨損。

?粘著磨損

粘著磨損是指，當(dāng)2個(gè)固體做摩擦運(yùn)動(dòng)時(shí)，固體表面的突起部分相互接觸，結(jié)合處（粘著）發(fā)生斷裂和分離，導(dǎo)致表面磨損的現(xiàn)象。粘著磨損因固體間的化學(xué)結(jié)合而發(fā)生。因此，很容易在以下固體間發(fā)生。

·       兩個(gè)同類型的材料

·       兩個(gè)晶體結(jié)構(gòu)相同、晶格常數(shù)相近的材料

?研磨磨損

研磨磨損有多種叫法，如磨削磨損、粉體磨損、粗糙磨損、劃痕磨損、切削磨損等。這種磨損是在2個(gè)固體間，較硬材質(zhì)的表面突起機(jī)械性地削去較軟材質(zhì)，或夾在2個(gè)固體間的硬質(zhì)顆粒削去較軟固體的現(xiàn)象。其特點(diǎn)是，潤滑狀態(tài)較好，粘著程度少，磨損量多于其它磨損形態(tài)。

?疲勞磨損

疲勞磨損在相對于軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)面和齒輪的齒面等滑動(dòng)摩擦，滾動(dòng)摩擦占主導(dǎo)地位時(shí)發(fā)生。造成疲勞磨損的過程如下所示。

·       (1) 反復(fù)應(yīng)力作用于兩個(gè)金屬部件的接觸表面。

·       (2) 反復(fù)應(yīng)力使表面逐漸硬化。

·       (3) 出現(xiàn)細(xì)微開裂，發(fā)展成龜裂。

·       (4) 表面剝離。

產(chǎn)生“(3)”的龜裂的剪切應(yīng)力在從表面略進(jìn)入內(nèi)部的部位。點(diǎn)蝕和剝落的發(fā)生過程同樣如上，前者因滾動(dòng)疲勞而在軸承上造成斑點(diǎn)狀微孔（凹痕），而后者在齒輪齒面發(fā)生材料疲勞，從齒面脫落相當(dāng)大塊金屬片。

?微動(dòng)磨損

微動(dòng)磨損是在原本以不發(fā)生滑動(dòng)為前提進(jìn)行設(shè)計(jì)的部件接觸面間發(fā)生的磨損。在通過螺栓或螺母緊固的部件的嵌合部，或者兩個(gè)部件的接觸面上施加反復(fù)應(yīng)力，產(chǎn)生微小的相對滑動(dòng)（微動(dòng)），從而發(fā)生該磨損。發(fā)生微動(dòng)磨損的面上會(huì)出現(xiàn)微小龜裂。此外，外部載荷和反復(fù)應(yīng)力作用于微動(dòng)磨損部位，因此疲勞強(qiáng)度降至原來的一半以下（微動(dòng)疲勞），可能導(dǎo)致疲勞破壞。

■磨損測量的必要性

磨損直接關(guān)系到加工工具的加工質(zhì)量、部件的動(dòng)作精度和安全性。因此，測量磨損量和磨損面形狀等磨損狀態(tài)非常重要。作為示例，此處將說明制動(dòng)襯塊和切削工具刀尖的磨損測量的重要性。

?制動(dòng)襯塊的磨損測量

全新的汽車制動(dòng)襯塊厚度約為10 mm。盡管各制造商的產(chǎn)品有所不同，但通常在磨損約1 mm至3 mm時(shí)更換。盤式制動(dòng)器的制動(dòng)襯塊是與制動(dòng)盤發(fā)生摩擦，而鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)襯塊是與制動(dòng)鼓發(fā)生摩擦，從而造成磨損。制動(dòng)盤和制動(dòng)鼓也會(huì)磨損。制動(dòng)襯塊的磨損面呈現(xiàn)摩擦狀態(tài)，因此可通過測量或觀察其體積和磨損量，掌握制動(dòng)襯塊的耐久性以及剎車時(shí)發(fā)生磨損的類型。

?刀尖的磨損測量

立銑刀和車刀的刀頭等刀尖會(huì)因?yàn)?/span>被削物和切屑等摩擦而發(fā)生磨損。磨損部位因材質(zhì)而異，不過多發(fā)生于前刀面和后刀面。原因可能是切削速度過快，或刀尖材質(zhì)不合適等。尤其是難切削的材料，刀尖的負(fù)擔(dān)很大，與加工一般的切削材料相比，磨損量更大。需要注意的是，后刀面的摩擦?xí)斐汕邢髁υ龃?、切入量發(fā)生變化。
由此可見，測量刀尖磨損在評估切削速度和刀尖材質(zhì)選擇方面非常重要。

■磨損量測量課題

在此之前，人們用形狀輪廓測量儀和三坐標(biāo)測量儀測量磨損量。但是，在測量大面積磨損面和微小部件的磨損量時(shí)，會(huì)存在以下課題。

?利用形狀輪廓測量儀測量磨損量的課題

形狀輪廓測量儀是使用被稱為探針的觸針，沿目標(biāo)物表面移動(dòng)，對其輪廓形狀進(jìn)行測量、記錄的裝置。近年來還出現(xiàn)了用激光代替觸針，通過非接觸式的輪廓描繪，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀測量的機(jī)型。部分機(jī)型還能進(jìn)行上下兩面的測量。
對于想要測量的磨損量和磨損面形狀，形狀輪廓測量儀必須準(zhǔn)確描畫測量線。

因此存在以下課題。

·       將樣品固定于夾具、對樣品實(shí)施水平調(diào)整等作業(yè)十分耗時(shí)。而且，為了準(zhǔn)確地實(shí)施水平調(diào)整，必須具備形狀輪廓測量儀的相關(guān)知識(shí)和技能。

·       形狀輪廓測量儀的觸針以觸針臂上的支點(diǎn)為中心上下進(jìn)行圓弧運(yùn)動(dòng)，而觸針前端位置也會(huì)沿著X方向移動(dòng)，因此X軸數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生誤差。

·       使針按照預(yù)期通過的作業(yè)非常困難，針的微小偏移就會(huì)造成測量值偏差。

·       因?yàn)楸仨殞?zhǔn)特定位置實(shí)施測量，所以很難增加測量數(shù)。

·       由于只能取得部分測量值，無法以面為單位進(jìn)行評估。

?三坐標(biāo)測量儀的測量課題

例如，當(dāng)磨損部分面積很小，只有1 mm2時(shí)，要用探頭對準(zhǔn)該位置，制作虛擬面并準(zhǔn)確測量，是極為困難的。此外，測量微小部分的三維形狀時(shí)，測量點(diǎn)更少，難以準(zhǔn)確掌握形狀。而且，統(tǒng)計(jì)測量數(shù)據(jù)、與圖紙進(jìn)行比較等工作需要花費(fèi)大量精力。

■磨損量測量的課題解決方法

接觸式測量儀對于立體的目標(biāo)物和測量位置，總是在以點(diǎn)或線接觸的同時(shí)進(jìn)行測量。因此存在難以掌握整體形狀、測量值可靠性低等課題。為解決這些測量課題，基恩士開發(fā)了3D輪廓測量儀“VR系列”。
以非接觸的方式，以面為單位來準(zhǔn)確捕捉目標(biāo)物的3D形狀。此外，僅僅幾秒完成載物臺(tái)上目標(biāo)物的3D掃描，高精度地測量三維形狀。因此，測量結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生偏差，可瞬間實(shí)施定量測量。下面具體介紹這些優(yōu)點(diǎn)。

?優(yōu)點(diǎn)1：僅僅幾秒內(nèi)只需一鍵即可收集80萬點(diǎn)的點(diǎn)群數(shù)據(jù)

以“面”為單位測量大范圍形狀，并收集80萬點(diǎn)的點(diǎn)群數(shù)據(jù)。不是利用線或點(diǎn)實(shí)施測量，因此無需重新測量。可縮短測量時(shí)間。磨損量等難以定義的項(xiàng)目，也可通過體積和表面積來評估，還能輕松地定量評估平面度。此外，可測量各個(gè)位置的輪廓。測量后不必再次安裝目標(biāo)物，可從3D掃描后的數(shù)據(jù)獲取其它位置的輪廓數(shù)據(jù)。
而且還可保存各個(gè)測量數(shù)據(jù)，比較已保存的各數(shù)據(jù)，或與3D設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

?優(yōu)點(diǎn)2：可測量300mm×150mm的大范圍

測量所需的作業(yè)是，將目標(biāo)物放置到載物臺(tái)上，然后只需按下按鈕即可。無需嚴(yán)格定位等預(yù)先準(zhǔn)備，即使沒有測量儀的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，也能立即實(shí)施高精度測量。

可提取載物臺(tái)上放置的目標(biāo)物的特點(diǎn)，自動(dòng)補(bǔ)正位置，因此省去了耗時(shí)耗力的、嚴(yán)格的位置調(diào)整工作。此外，還可將達(dá)到300mm×150mm的大范圍進(jìn)行拼接測量。因此，測量作業(yè)無需配置專人操作，不熟悉操作的人員也可輕松快速地完成測量。
采用“VR系列”，通過只需放置于載物臺(tái)并按下按鈕的操作，即使是大型制動(dòng)襯塊等大面積目標(biāo)物，也能準(zhǔn)確測量磨損量。

■總結(jié)：對困難的磨損量測量進(jìn)行飛躍性改善和高效化

采用“VR系列”，可通過高速3D掃描，以非接觸的方式迅速、準(zhǔn)確地測量目標(biāo)物的3D形狀。除磨損面的高點(diǎn)和低點(diǎn)以外，在體積、截面面積、表面積與截面面積的比例等測量中，也可解決接觸式測量儀存在的各類課題。

·       周密、高精度地同時(shí)測量高點(diǎn)、低點(diǎn)、面積、體積、表面積。

·       消除了人為導(dǎo)致的測量值偏差，實(shí)現(xiàn)定量測量。

·       無需定位等操作，實(shí)現(xiàn)只需在載物臺(tái)上放置目標(biāo)物后按下按鈕的簡單操作。避免了配置專人執(zhí)行測量作業(yè)。

·       簡單、快速、高精度地測量3D形狀，因此可在短時(shí)間內(nèi)測量多個(gè)目標(biāo)物，有助于提升質(zhì)量。

另外，還能進(jìn)行簡單分析，例如與以往3D形狀數(shù)據(jù)和CAD數(shù)據(jù)的比較、公差范圍內(nèi)的分布等，因此可有效應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)和制造的趨勢分析、抽取檢測等各種用途。

基恩士 3D輪廓測量儀VR-6000系列

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