TWI812502B - 鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法 - Google Patents
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Abstract
一種鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法，包括：取得一第一振波在未經一安定性處理程序的一鑄鐵件上的一第一振波衰減時間；取得一第二振波在經過安定性處理程序的鑄鐵件上的一第二振波衰減時間，其中第一振波的頻率相同於第二振波；以及計算第一振波衰減時間與第二振波衰減時間的差值，差值與第一振波衰減時間形成一比值，當比值大於等於20%時，判斷安定性處理程序完成。
Description
本發明是有關於一種檢測方法，且特別是有關於一種鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法。
鑄鐵件是工具機主要材料。歐洲與日本大廠所生產的鑄鐵件目前多以自然時效為鑄鐵安定化技術，也就是將鑄鐵件放置於四季溫差大的自然環境中，藉由長時間下的溫度變化來釋放內部的應力，以使尺寸穩定，避免製作出的工具機受到環境溫差變化而變形，影響製作出的產品。目前量測鑄鐵件的尺寸安定性的方法有兩種，第一種是殘留應力檢測，第二種是共振頻率變化檢測。
然而，殘留應力檢測只能檢測鑄鐵件的表面的應力，檢測值並不完全能夠反映出尺寸安定性，且檢測設備昂貴。共振頻率變化檢測一般用來檢測振動處理前後的共振頻率變化，還包括了振動處理的設備，且須將鑄鐵件吊起來離地檢測，較為高成本且相當麻煩。
本發明提供一種鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法，其可透過振波衰減時間變化來判斷是否完成安定性處理程序，檢測上相當方便且低成本。
本發明的一種鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法，包括：取得一第一振波在未經一安定性處理程序的一鑄鐵件上的一第一振波衰減時間；取得一第二振波在經過安定性處理程序的鑄鐵件上的一第二振波衰減時間，其中第一振波的頻率相同於第二振波；以及計算第一振波衰減時間與第二振波衰減時間的差值，差值與第一振波衰減時間形成一比值，當比值大於等於20%時，判斷安定性處理程序完成。
在本發明的一實施例中，上述的第一振波具有一第一初始振幅，第一振波衰減時間為第一振波的一振幅衰減至第一初始振幅的0.05倍的時間，第二振波具有一第二初始振幅，第二振波衰減時間為第二振波的一振幅衰減至第二初始振幅的0.05倍的時間。
在本發明的一實施例中，上述的第一振波與第二振波的任一者為一聲波。
在本發明的一實施例中，上述的安定性處理程序包括多次低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合。
在本發明的一實施例中，上述的各低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合包括將鑄鐵件放入80℃至100℃熱水中3至10分鐘之後取出至室溫冷卻。
在本發明的一實施例中，上述的這些次低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合包括三次低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合。
在本發明的一實施例中，上述的第一振波與第二振波的任一者的頻率範圍介於10Hz至10MHz之間。
在本發明的一實施例中，上述的第一振波與第二振波的任一者由敲擊鑄鐵件產生。
在本發明的一實施例中，上述的第一振波與第二振波的任一者由鑄鐵件旁的一振動源產生。
在本發明的一實施例中，上述在取得第一振波衰減時間與第二振波衰減時間的步驟中，更包括利用一接收器接收第一振波與第二振波。
基於上述，本發明鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法藉由取得第一振波在未經安定性處理程序的鑄鐵件上的第一振波衰減時間；取得第二振波在經過安定性處理程序的鑄鐵件上的第二振波衰減時間；計算第一振波衰減時間與第二振波衰減時間的差值，差值與第一振波衰減時間形成比值。當比值大於等於20%時，可代表振波衰減時間接近飽和，而可判斷安定性處理程序完成。本發明鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法只要有振波產生器/敲擊器與接收器即可進行測試，相當簡單方便且低成本。
鑄鐵件在尺寸安定性處理程序完成之後，鑄鐵件中的石墨與鐵基之間的介面會破裂，此破裂的介面有助於吸收或/且散射振波的能量。因此，鑄鐵件在進行尺寸安定性處理程序前後的振波衰減時間會不同。也就是說，振波衰減時間會反映出石墨與鐵基之間的介面狀況，進而可判斷出安定性處理程序是否完成。本實施例的鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法便利用此特性來進行振波衰減時間的檢測，振波衰減時間接近飽和(也就是變化不大時)可視為安定性處理程序已經完成。因此，本實施例的鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法能以簡單且低成本的方式來進行判斷安定性處理程序是否完成。下面將對此進行說明。
圖1是依照本發明的一實施例的一種鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法的流程示意圖。請參閱圖1，本實施例的鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法100，包括下列步驟。首先，步驟110，取得一第一振波在未經一安定性處理程序的一鑄鐵件上的一第一振波衰減時間。
在本實施例中，第一振波由敲擊鑄鐵件產生或是由鑄鐵件旁的一振動源產生，且利用鑄鐵件旁的一接收器接收第一振波。第一振波的形式可以是聲波、超音波或低頻波，但第一振波的形式不以此為限制。第一振波的頻率範圍介於10Hz至10MHz之間。
圖2A是第一振波在未經安定性處理程序的鑄鐵件上的第一振波衰減時間與振幅的關係示意圖。請參閱圖2A，第一振波具有一第一初始振幅，第一振波衰減時間為第一振波的一振幅衰減至第一初始振幅的0.05倍的時間。
接著，步驟120，取得一第二振波在經過安定性處理程序的鑄鐵件上的一第二振波衰減時間，其中第一振波的頻率相同於第二振波的頻率。
在本實施例中，安定性處理程序包括多次低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合。上述次數例如為3次以上。各次低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合包括將鑄鐵件放入80℃至100℃熱水中3至10分鐘之後取出至室溫冷卻。
相較於將鑄鐵件放置在外界環境自然釋放應力的自然時效的方式，在本實施例中，透過溫度循環來釋放鑄鐵件內部的應力，而可大幅縮短安定性處理程序的時間，從自然時效的大於一年縮短為少於一天。
此外，在本實施例中，第二振波的形式與第一振波的形式相同。第二振波可由敲擊鑄鐵件產生或是由鑄鐵件旁的振動源產生，且利用鑄鐵件旁的接收器接收第二振波。第二振波的形式可以是聲波、超音波或低頻波，但第二振波的形式不以此為限制。第二振波的頻率範圍介於10Hz至10MHz之間。
另外，敲擊鑄鐵件以產生第二振波的位置要與敲擊鑄鐵件以產生第一振波的位置相同，或者，在鑄鐵件上量測第一振波與第二振波的位置要相同。
圖2B是第二振波在經過安定性處理程序的鑄鐵件上的第二振波衰減時間與振幅的關係示意圖。請參閱圖2B，第二振波具有一第二初始振幅，第二振波衰減時間為第二振波的一振幅衰減至第二初始振幅的0.05倍的時間。
由於鑄鐵件在尺寸安定性處理程序完成之後，鑄鐵件中的石墨與鐵基之間的介面會破裂，此破裂的介面有助於吸收或/且散射振波的能量。因此，鑄鐵件在進行尺寸安定性處理程序前後的振波衰減時間會不同。振波衰減時間會反映出石墨與鐵基之間的介面狀況。因此，振波衰減時間的前後變化差異夠大，也代表著鑄鐵件中的石墨與鐵基之間的介面破裂狀況明顯，進而代表接近於完成尺寸安定性處理程序。
請回到圖1，最後，步驟130，計算第一振波衰減時間與第二振波衰減時間的差值，差值與第一振波衰減時間形成一比值，當比值大於等於20%時，判斷安定性處理程序完成。
另外，振波的形式不同時，第一振波衰減時間與第二振波衰減時間的差值與第一振波衰減時間的比值可能也會略有差異。在一實施例中，第一振波與第二振波均為聲波，當比值大於等於30%時，判斷安定性處理程序完成。
本實施例的鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法100的所需設備很簡單，只要一個振波產生器或敲擊器及一個接收器即可(如超音波探測裝置)，檢測迅速，且只需確保鑄鐵件在安定性處理程序前後是以相同部位進行量測即可，操作上相當簡單。
圖3A是鑄鐵件的溫度循環次數-尺寸變形量的關係圖。要說明的是，圖3A的不同條線是指鑄鐵件上的不同部位在溫度循環次數下的尺寸變形量，雖然不同條線的尺寸變形量不同，但要觀察的是各條線的尺寸變形量是在溫度循環次數為幾次時達到穩定，這代表著溫度循環幾次之後，鑄鐵件在不同部位均達到尺寸穩定的狀況。
此處說的溫度循環是指低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合，舉例來說，各次熱處理與冷卻處理的組合是指將鑄鐵件放入100℃熱水中5分鐘，將鑄鐵件自熱水中取出後放置室溫或是放入常溫的水中冷卻。當然，溫度循環的方式不以此為限制。
請參閱圖3A，溫度循環次數約3次之後，鑄鐵件上的不同部位的尺寸變形量的變化差異開始變小，代表鑄鐵件的尺寸已趨向穩定，有如經過自然時效之後釋放鑄鐵件內部應力，因此，鑄鐵件後續的變形幅度有限。
圖3B是鑄鐵件的溫度循環次數-聲波消失所需時間的關係圖。請參閱圖3B，在本實施例中，敲擊經過550℃退火完畢的鑄鐵件，並以聲波偵測器記錄其振動衰減之時間，聲波1.2秒消失，代表尚未經過安定性處理程序的第一振波衰減時間為1.2秒。
接著，將鑄鐵件放入100℃熱水中5分鐘，將鑄鐵件自熱水中取出後放置室溫或是放入常溫的水中冷卻，以作為第一次低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合。完成第一次低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合之後，敲擊鑄鐵件，以聲波偵測器記錄其振動衰減之時間，聲波0.9秒消失，代表經過安定性處理程序的第一次的第二振波衰減時間為0.9秒。
再來，將鑄鐵件放入100℃熱水中5分鐘，將鑄鐵件自熱水中取出後放置室溫或是放入常溫的水中冷卻，以作為第二次低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合。完成第二次低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合之後，敲擊鑄鐵件，以聲波偵測器記錄其振動衰減之時間。聲波0.75秒消失，代表經過安定性處理程序的第二次的第二振波衰減時間為0.75秒。
接著，將鑄鐵件放入100℃熱水中5分鐘，將鑄鐵件自熱水中取出後放置室溫或是放入常溫的水中冷卻，以作為第三次低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合。完成第三次低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合之後，敲擊鑄鐵件，以聲波偵測器記錄其振動衰減之時間。聲波0.64秒消失，代表經過安定性處理程序的第三次的第二振波衰減時間為0.64秒。
繼續進行上述過程，可見聲波消失的時間(也就是第二振波衰減時間)趨於穩定，代表振波衰減時間到達飽和，此狀態可視為安定性處理程序已經完成。
比較圖3A與圖3B可見，實際上去量測鑄鐵件在不同部位的尺寸變化趨於穩定的溫度循環次數對應於聲波消失的時間(也就是第二振波衰減時間)趨於穩定的溫度循環次數，印證出振波衰減時間可用來判斷尺寸穩定性，進而判斷出安定性處理程序是否完成。
綜上所述，本發明鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法藉由取得第一振波在未經安定性處理程序的鑄鐵件上的第一振波衰減時間；取得第二振波在經過安定性處理程序的鑄鐵件上的第二振波衰減時間；計算第一振波衰減時間與第二振波衰減時間的差值，差值與第一振波衰減時間形成的比值。當比值大於等於20%時，可代表振波衰減時間接近飽和，而可判斷安定性處理程序完成。本發明鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法只要有振波產生器/敲擊器與接收器即可進行測試，相當簡單方便且低成本。
100:鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法
110~130:步驟
圖1是依照本發明的一實施例的一種鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法的流程示意圖。
圖2A是第一振波在未經安定性處理程序的鑄鐵件上的第一振波衰減時間與振幅的關係示意圖。
圖2B是第二振波在經過安定性處理程序的鑄鐵件上的第二振波衰減時間與振幅的關係示意圖。
圖3A是鑄鐵件的溫度循環次數-尺寸變形量的關係圖。
圖3B是鑄鐵件的溫度循環次數-聲波消失所需時間的關係圖。
100:鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法
110~130:步驟
Claims (10)
- 一種鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法，包括： 取得一第一振波在未經一安定性處理程序的一鑄鐵件上的一第一振波衰減時間； 取得一第二振波在經過該安定性處理程序的該鑄鐵件上的一第二振波衰減時間，其中該第一振波的頻率相同於該第二振波；以及 計算該第一振波衰減時間與該第二振波衰減時間的差值，且該差值與該第一振波衰減時間形成一比值，當該比值大於等於20%時，判斷該安定性處理程序完成。
- 如請求項1所述的鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法，其中 該第一振波具有一第一初始振幅，該第一振波衰減時間為該第一振波的一振幅衰減至該第一初始振幅的0.05倍的時間，該第二振波具有一第二初始振幅，該第二振波衰減時間為該第二振波的一振幅衰減至該第二初始振幅的0.05倍的時間。
- 如請求項1所述的鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法，其中該第一振波與該第二振波的任一者為一聲波。
- 如請求項1所述的鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法，其中該安定性處理程序包括多次低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合。
- 如請求項4所述的鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法，其中各該低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合包括將該鑄鐵件放入80℃至100℃熱水中3至10分鐘之後取出至室溫冷卻。
- 如請求項4所述的鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法，其中該些次低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合包括三次低於200℃的熱處理與冷卻處理的組合。
- 如請求項1所述的鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法，其中該第一振波與該第二振波的任一者的頻率範圍介於10Hz至10MHz之間。
- 如請求項1所述的鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法，其中該第一振波與該第二振波的任一者由敲擊該鑄鐵件產生。
- 如請求項1所述的鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法，其中該第一振波與該第二振波的任一者由該鑄鐵件旁的一振動源產生。
- 如請求項1所述的鑄鐵件尺寸穩定的檢測方法，其中在取得該第一振波衰減時間與該第二振波衰減時間的步驟中，更包括利用一接收器接收該第一振波與該第二振波。
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