导电加热切削刀具性能的试验研究
<P> 1.引言</P><P> 导电加热切削是一种加工机理独特的非传统切削加工方法，其<A title=点击进入刀具产品库 href="http://www.mechnet.com.cn/product/2520/1.html"><FONT color=#cc3300>刀具</FONT></A>磨损有着与传统切削加工方法完全不同的磨损形态和磨损规律。这是由导电加热切削的加工机理和摩擦机理决定的。研究导电加热切削的<A title=点击进入刀具产品库 href="http://www.mechnet.com.cn/product/2520/1.html"><FONT color=#cc3300>刀具</FONT></A>磨损特性以及<A title=点击进入刀具产品库 href="http://www.mechnet.com.cn/product/2520/1.html"><FONT color=#cc3300>刀具</FONT></A>的使用性能，对于加速导电加热切削技术的实用化进程具有一定的现实意义。</P>
<P> 2.切削试验</P>
<P> 试验条件如下：</P>
<P> <A title=点击进入机床制造产品库 href="http://www.mechnet.com.cn/product/25/1.html"><FONT color=#cc3300>机床</FONT></A>：CM6140精密车床</P>
<P> 材料：45钢，调质；38CrNi3MoVA，调质</P>
<P> <A title=点击进入刀具产品库 href="http://www.mechnet.com.cn/product/2520/1.html"><FONT color=#cc3300>刀具</FONT></A>：YG8、YT5、YT15、YW1、CN25硬质合金机夹可转位式车刀及焊接整体式车刀</P>
<P> 电源：大功率IGBT高频逆变开关电源</P>
<P> 测量仪器：扫描电镜(S-550)；读数显微镜(40×)</P>
<P> 试验采用常规的标准试验方法，即在车床上作外圆车削试验。切削速度选择在0.3m/s左右，在获得与高速不导电切削相同形态的切屑(带状、兰色)和相近表面粗糙度(Ra1.25～3.20μm)的工件表面的前提下，用各种型号的刀具，在不同的切削条件下进行导电加热切削，并与常规切削进行比较。</P>
<P> 3.刀具磨损特性</P>
<P> 众所周知，在传统切削加工中，刀具磨损一般是以机械磨损为主，佐之以扩散、氧化磨损等，刀具的磨损形态为“月牙洼”磨损。切削速度是影响刀具耐用度的最主要因素。通常提高切削速度，耐用度就降低，磨损量就增加［1］。</P>
<P> 导电加热切削通常是在低速下进行切削加工的，按理应有较小的磨损量。但是，导电加热切削时，必须施加较大的低压电流对切削微区进行加热，以软化工件金属材料。并且，导电加热切削是依靠刀—工紧密接触传导电流的。当电流进入切削微区，尤其是刀—工和刀—屑接触区，犹如进入一“狭窄的瓶颈”，在这里，电荷密度和电流密度都骤增，不仅接触点烧成红热，而且在接触点的气隙空间还可能产生电火花甚至电弧［2］。这就是导电加热切削时影响刀具磨损的最本质的因素。在导电加热切削中，刀具磨损将以热电磨损、电蚀为主，而机械磨损则会因材料的软化而有所削弱。</P>
<P> 由于热效应和电腐蚀的共同作用，这就使得刀具的磨损形态亦有所不同。研究结果表明，导电加热切削刀具的典型磨损形态为主切削刃的“刃带磨损”［3］。</P>
<P> 4.刀具耐用度分析</P>
<P> 开展导电加热切削研究的国内外学者一般都得到如下结论：在一定条件下，导电加热切削能提高刀具耐用度。例如，加工钛合金时可提高1～4倍［4］，加工镍铬合金冷硬铸铁时可提高近14倍［5］。</P>
<P> 事实上，只有在加热能明显地降低零件材料强度性能，而较小程度软化刀具材料的情况下，才能显著提高刀具的耐用度。</P>
<P> 有学者指出，在保持最佳切削温度不变(用降低切削速度的方法)的条件下,加热热强合金零件既可能提高刀具耐用度，又可能降低刀具耐用度。在加工热强合金零件时，只有用相对低的切削速度加工，且切削温度接近最佳温度时，用加热方法才能达到提高刀具耐用度的目的。以等于和高于最佳速度的切削速度加工时，采用加热方法则会使切削温度偏离最佳温度，因而会降低刀具耐用度［6］。例如，导电加热切削38CrNi3MoVA钢，在较低切削速度下，可以提高刀具耐用度4～5倍，但当切削速度大于1.8m/s时，导电加热切削并无优势，甚至会出现刀具耐用度下降的趋势。因此，导电加热切削的刀具耐用度并不总是比传统切削加工的高。</P>
<P> 综合分析有关研究资料可知，只有在切削高强度、耐热合金、淬硬件等难加工材料，刀具—工件材料的硬度比比较小时，在一定条件下，导电加热切削的刀具耐用度才可望大幅度提高。在工件材料可切削加工性较好，刀具—工件硬度比比较大的情况下，或者切削速度较高时，导电加热切削并不产生明显效果，由于电热效应，有时刀具耐用度可能比常规切削加工还要低。</P>
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