加热切削技术及其发展和应用
<P> 随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展,对结构材料性能的要求越来越高,引入了很多高强度、高硬度和耐高温的新材料。这些材料<A title=点击进入机械加工产品库 href="http://www.mechnet.com.cn/product/26/1.html"><FONT color=#cc3300>加工</FONT></A>时切削力大,温升高,刀具磨损严重,<A title=点击进入机械加工产品库 href="http://www.mechnet.com.cn/product/26/1.html"><FONT color=#cc3300>加工</FONT></A>表面质量差,<A title=点击进入机械加工产品库 href="http://www.mechnet.com.cn/product/26/1.html"><FONT color=#cc3300>加工</FONT></A>精度也难以提高。最突出的问题是加工困难,有些材料几乎无法加工。加热切削是克服加工困难问题的特种加工技术中最有效的方法之一,它为难加工材料的切削加工开辟了一条新的途径,已用于航宇、兵器、机械、车辆、化工、微电子及医疗工业。当前,加热切削技术及其发展在制造技术领域很受关注。</P><BR><BR><P> 1、加热切削技术及现状</P><BR><BR>
<P> 加热切削技术的出现及发展</P><BR><BR>
<P> 加热切削加工方法巧妙地利用了高能热源的热效应,对被切削材料进行加热,使材料切削部位受热软化,硬度、强度下降,易产生塑性变形(图1)。由于加热温升后工件材料的剪切强度下降,使切削力和功率消耗降低,振动减轻,因而可以提高金属切除率,改善加工表面的粗糙度。又因刀具耐用度与工件温度存在一定的关系(通常,当工件温度在810℃左右时刀具的耐用度最大),所以还可延长刀具寿命。</P>
<P align=center><IMG height=223 src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_yrhh9s0809201003483318.jpg" width=288 border=0><BR><BR></P>
<P> 早在1890年就出现了对材料进行通电的加热切削,并获美国和德国专利。20世纪40年代,加热切削在美、德开始进入工业应用实践,证明高温能使“不可能”加工的金属提高加工性能,并取得经济效益。但这个时期加热切削尚处于发展的初步阶段,加工质量难以保证,基本上没有应用到生产实际中。60年代以后,利用刀具与工件构成回路通以低压大电流,实现了导电加热切削,使切削能顺利进行。70年代初,出现了一种有效的等离子弧加热切削,最初由英国研制成功。80年代以后,开发了激光加热切削,由于激光束能快速局部加热,较好地满足了加热切削的要求,因而提高了加热切削技术的实用价值。</P><BR><BR>
<P> 一般热源</P><BR><BR>
<P> 加热切削所用热源,如通电加热、焊矩加热、整体加热、火焰和感应局部加热及导电加热,通称为一般热源。这些热源都能对被加工材料加热,对加热切削技术的出现和发展起了重要作用,但它们存在加热区过大、热效率低、温控困难、加工质量难以保证等问题,使切削不理想,难以甚至未能应用到生产实际中去。</P><BR><BR>
<P> 等离子弧及激光热源</P><BR><BR>
<P> 等离子弧加热切削,用等离子弧喷枪中的钨作阴极,工件材料作阳极,通电后形成高温的等离子弧,其特点是加热温度高,能量集中,可对难<A title=点击进入机械加工产品库 href="http://www.mechnet.com.cn/product/26/1.html"><FONT color=#cc3300>加工</FONT></A>材料进行高效切削。研究表明,在加热切削冷硬铸铁和高锰钢等难<A title=点击进入机械加工产品库 href="http://www.mechnet.com.cn/product/26/1.html"><FONT color=#cc3300>加工</FONT></A>材料时,切削速度高达100~150m/min,刀具耐用度可提高1~4倍。这种方法存在的问题是加热点必须与刀具有一定距离,加热效果难控制;<A title=点击进入机械加工产品库 href="http://www.mechnet.com.cn/product/26/1.html"><FONT color=#cc3300>加工</FONT></A>条件恶劣,需要防护装置。</P><BR><BR>
<P> 激光加热切削以激光束为热源,对工件进行局部加热,其优点是热量集中,升温迅速;热量由表及里逐渐渗透,刀具与工件交界面的热量较低;激光束可照射到工件的任何加工部位并形成聚焦点,便于实现可控局部加热。研究结果表明,激光加热切削可使切削力下降25%左右,还能有效改善工件的表面粗糙度。存在的主要问题是大功率激光器价格昂贵,能量转换效率低,金属材料对激光吸收能力差,吸收率一般只有15%~20%左右,经磷酸处理后,吸收能力可提高到80%~90%,但经济可行性差,这是这种加热方法难以推广应用的原因之一。</P><BR><BR>
<P> 以上两种热源的出现,大大推动了加热切削技术的发展,国内外已进行了大量卓有成效的研究工作。但要顺利地用于生产,达到预期的切削效果,还有一些问题需要解决,尤其是切削机理还需进一步探索和研究,如加工过程中还存在由于一定的热扩散而影响加工质量,功率消耗多,温度控制困难,热源装置不理想,价格昂贵等问题,所以生产上实用进程不快。加热切削技术的关键在于加热,目前,一般的目标是加热到难加工材料熔化前处于软化的温度,但这一温度是否合适,怎样达到和控制这个温度,还需进一步探索、分析和研究。</P><BR><BR>
<P> 2、加热切削的研究及关键技术</P><BR><BR>
<P> 研究目标和意义</P><BR><BR>
<P> 研究课题以难加工材料组织相变理论、金属切削原理和热学传导为基础,以难加工材料难切削的机理为出发点,着重分析和寻找温度、材料组织形态的变化以及与切削力之间的关系,摸索切削规律,确定改善材料可切削性的对策,进而从根本上解决难加工材料的切削问题。</P><BR>
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