專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于車(chē)削加工的通電加熱輔助裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及車(chē)削加工技術(shù)，尤其是涉及一種用于車(chē)削加工的通電加熱輔助裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，在機(jī)械制造、機(jī)電、兵器及航空等工業(yè)部門(mén)引入了很多高強(qiáng)度、高硬度的新材料(如高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼、不銹鋼、鈦合金、冷硬鑄鐵等)，這些材料統(tǒng)稱(chēng)為難加工材料。由于它們的高強(qiáng)度、高硬度和高應(yīng)變硬化率，使其切削加工性顯著惡化:加工時(shí)切削力大、溫升高，刀具磨損嚴(yán)重，加工表面質(zhì)量差，金屬切除率低。對(duì)這些難加工材料的加工，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，單靠一般的改變切削用量，優(yōu)選刀具幾何角度的方法已很難奏效。解決這類(lèi)材料的加工性問(wèn)題，目前一般有兩種方法:1、研制性能更為優(yōu)異的刀具材料，如超硬刀具材料(金剛石刀具和立方氮化硼刀具)、陶瓷刀具和涂層刀具等。2、研究推廣新的加工方法，如振動(dòng)切削，加熱切削、激光或離子速加熱加工等方法。加熱切削，最早是1890年德國(guó)人梯奴門(mén)(B.C.Tilghman)對(duì)材料進(jìn)行了通電加熱切削，在第2次世界大戰(zhàn)以后，由于許多用于航海、航空及其他軍事領(lǐng)域的難加工材料在普通切削時(shí)遇到困難，加熱切削才真正開(kāi)始受到重視。加熱切削是能夠?qū)﹄y加工材料進(jìn)行高效率加工的有效方法之一它是在切削過(guò)程中，通過(guò)各種方式，對(duì)被切削材料進(jìn)行加熱，使切削微區(qū)、表層或整體達(dá)到一個(gè)合適的溫度后再進(jìn)行切削的方法。其目的是使被加工材料的硬度、強(qiáng)度下降而易于產(chǎn)生塑性變形。與普通切削相比，由于被切削層溫度較高而使其抗剪強(qiáng)度下降，因此減小了切削力和功耗，生產(chǎn)效率提高，刀具壽命延長(zhǎng)。此外，由于切削區(qū)溫度較高，積屑瘤和鱗刺難以形成，使加工表面粗糙度明顯減小。國(guó)內(nèi)外有用激光、等離子、感應(yīng)、通電等方法進(jìn)行加熱。激光加熱輔助切削是利用大功率密度激光束加熱切削區(qū)材料，使其軟化達(dá)到塑性切削的目的。采用激光加熱輔助切削可以提高切削速度、刀具使用壽命，降低切削力和切削溫度，獲得良好的已加工表面質(zhì)量。但是激光器造價(jià)昂貴，占地面積大，以及加熱輔助切削過(guò)程中需專(zhuān)用夾具限制了激光加熱方法的使用。等離子加熱其原理主要是使用一個(gè)專(zhuān)用的等離子槍?zhuān)谑沟入x子產(chǎn)生變化的氣流中，產(chǎn)生電弧，在切削區(qū)中使工件的局部產(chǎn)生高熱。通過(guò)調(diào)整并控制等離子槍使在刀具前面整個(gè)的切削深度上都能加熱。實(shí)際上，加熱區(qū)只保持在去除的切屑厚度內(nèi)，使得零件的加工表面的溫度能夠保持在金屬的結(jié)構(gòu)和晶粒不變化的溫度以下。被加熱的金屬在切屑變形下，由刀具切下。等離子加熱方法的主要問(wèn)題是等離子電弧和工件的相對(duì)位置要求特別高，同時(shí)加工過(guò)程工件和刀具相對(duì)速度較大，難以保證加熱的位置，且加工過(guò)程中需控制電弧的長(zhǎng)度才能達(dá)到理想的加熱狀態(tài)。20世紀(jì)60年代初，日本學(xué)者上原邦雄等人提出了通電加熱切削方法，即在切削時(shí)，利用刀具與工件構(gòu)成回路，施加低電壓大電流，使切削微區(qū)得到加熱，因而加熱效率高，升溫迅速，同時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊，溫控簡(jiǎn)單，適合于各種切削加工方法，是一種極有發(fā)展?jié)摿Φ募訜崆邢鞣绞?，近年的研究表明，選用硬質(zhì)合金涂層刀具可以解決通電加熱切削中臨界速度過(guò)低的問(wèn)題?，F(xiàn)在這一方法在日本、俄羅斯和英國(guó)等國(guó)家已進(jìn)人實(shí)用階段，而且其應(yīng)用正向更多難加工材料的加工方面擴(kuò)展。1988年以來(lái)，華南理工大學(xué)的葉邦彥、趙學(xué)智等通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和研究，對(duì)導(dǎo)電加熱切削的電源設(shè)備制作、導(dǎo)電加熱切削的切削力、切削溫度及加工表面質(zhì)量和刀具耐用度等方面內(nèi)容作了系統(tǒng)深入的研究?，F(xiàn)有的導(dǎo)電加熱切削是在普通車(chē)床上利用刀具與工件構(gòu)成的通電回路，通以低壓大電流，在刀尖與工件接觸點(diǎn)處，由接觸電阻產(chǎn)生的焦?fàn)枱幔骨邢鲄^(qū)材料軟化，從而讓切削變得順利。這種方式在抑制鱗剌和積屑瘤以及硬車(chē)削方面有好處，但是因?yàn)榈毒摺⒐ぜ瑫r(shí)加熱，工件上被切削點(diǎn)區(qū)域加熱的時(shí)間非常短，工件可能還沒(méi)有完全軟化的過(guò)程中，刀具也已經(jīng)在切削了，也就增加了刀具磨損，另外只有刀具跟工件接觸地方有接觸電阻，是單點(diǎn)加熱，相同電流下工件加熱得到的溫度較低，加熱效率較低。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供刀具不參與加熱，刀具使用壽命長(zhǎng)，工件加熱效率較高的一種用于車(chē)削加工的通電加熱輔助裝置。本實(shí)用新型設(shè)有夾具、直流電源、輔助加熱陰極、輔助加熱陽(yáng)極、工件絕緣套和車(chē)刀絕緣層。夾具設(shè)于外部車(chē)床溜板箱上，夾具設(shè)有電極穿孔，輔助加熱陰極和輔助加熱陽(yáng)極設(shè)于夾具上，輔助加熱陰極一端和輔助加熱陽(yáng)極一端均與直流電源連接，輔助加熱陰極另一端和輔助加熱陽(yáng)極另一端均與外部工件表面觸接，工件絕緣套設(shè)于外部工件表面，車(chē)刀絕緣層設(shè)于外部車(chē)刀表面。所述夾具可為L(zhǎng)字形夾桿，L字形夾桿設(shè)有2個(gè)電極穿孔。所述輔助加熱陰極和輔助加熱陽(yáng)極最好均為石墨電極。所述直流電源可采用深圳市鼎源通電子有限公司產(chǎn)品，型號(hào)為DYT720的連續(xù)直流電源(O 10v、0 500A內(nèi)連續(xù)可調(diào))。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):I)刀具不參與加熱，先使工件加熱軟化后，再進(jìn)入切削，而不是刀具工件同時(shí)加熱，工件的加熱時(shí)間充分、可控，大大提高刀具耐用度。2)輔助加熱陰極和陽(yáng)極都可以加熱，是兩點(diǎn)加熱，效率提高一倍，可以采用較小的電流，較大的電壓，而電流小了以后，電源的最大電流減小，電源重量也降低，導(dǎo)線直徑也可顯著變小，成本降低，使用起來(lái)也更方便。3)可以通過(guò)選擇合適的輔助加熱陰極和陽(yáng)極材料，提高接觸電阻，提高加熱效率。4)取消了電刷，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了成本。5)采用石墨作電極材料，只產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，可避免輔助加熱陰極和陽(yáng)極在高溫時(shí)會(huì)形成絕緣的氧化皮而切斷通電回路的故障，而且石墨價(jià)格便宜，接觸電阻大，加熱效率高，耐高溫，石墨也較軟，不會(huì)劃傷工件，非常適合做輔助加熱電極。
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)及使用示意圖。圖2本實(shí)用新型實(shí)施例省略直流電源后的結(jié)構(gòu)及使用示意圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1和2，本實(shí)用新型實(shí)施例設(shè)有夾具4、直流電源1、輔助加熱陰極2、輔助加熱陽(yáng)極11、工件絕緣套3和車(chē)刀絕緣層9。夾具4設(shè)于外部車(chē)床溜板箱P4上，夾具4設(shè)有電極穿孔，輔助加熱陰極2和輔助加熱陽(yáng)極11設(shè)于夾具4上，輔助加熱陰極2 —端和輔助加熱陽(yáng)極11 一端與直流電源I連接，輔助加熱陰極2另一端和輔助加熱陽(yáng)極11另一端均與外部工件表面觸接，工件絕緣套3套在外部工件Pl上，車(chē)刀絕緣層9設(shè)于外部車(chē)刀P2表面。圖1中的標(biāo)記7為振動(dòng)傳感器；標(biāo)記10為電腦。所述夾具4為L(zhǎng)字形夾桿，L字 形夾桿設(shè)有2個(gè)電極穿孔。所述輔助加熱陰極2和輔助加熱陽(yáng)極11均為石墨電極。所述直流電源I采用深圳市鼎源通電子有限公司產(chǎn)品，型號(hào)為DYT720的連續(xù)直流電源(O 10v、0 500A內(nèi)連續(xù)可調(diào))。本實(shí)施例的工作原理如下，輔助加熱陰極2和輔助加熱陽(yáng)極11通電加熱工件P1，使工件Pl軟化。輔助加熱陰極2和輔助加熱陽(yáng)極11與工件Pl均為點(diǎn)接觸，可隨著車(chē)刀P2一起沿工件Pl的軸向做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。工件Pl與車(chē)床的三爪卡盤(pán)通過(guò)工件絕緣套3絕緣，如果加工過(guò)程需要頂尖，則頂尖處也需絕緣。車(chē)刀P2與機(jī)床的刀架通過(guò)車(chē)刀絕緣層9絕緣，所以車(chē)刀P2是不參與通電加熱的。圖1中振動(dòng)傳感器7固定于車(chē)刀P2上，振動(dòng)傳感器7的作用是將采集到的數(shù)據(jù)輸入到電腦10之中，電腦10存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)。為了驗(yàn)證本實(shí)用新型的可行性和有效性，選定不同的轉(zhuǎn)速η、進(jìn)給量f和切削深度ap，用YWl型硬質(zhì)合金刀片，對(duì)TlOA淬火工具鋼(57HRC)分別做通電和不通電情況下車(chē)削的對(duì)比試驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采集的振動(dòng)信號(hào)，發(fā)現(xiàn)通電車(chē)削比不通電車(chē)削振動(dòng)信號(hào)幅值降低3倍以上，切削過(guò)程非常平穩(wěn)，整個(gè)通電過(guò)程也很穩(wěn)定。同時(shí)也對(duì)高溫合金(GH2132)進(jìn)行了刀片的疲勞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)刀片的耐用度大幅度提高，壽命增加2倍左右。由此得出結(jié)論:相對(duì)于現(xiàn)有的導(dǎo)電車(chē)削，本實(shí)用新型不但可行，而且效率更高，成本降低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，更利于提聞刀具壽命。
權(quán)利要求1.一種用于車(chē)削加工的通電加熱輔助裝置，其特征在于設(shè)有夾具、直流電源、輔助加熱陰極、輔助加熱陽(yáng)極、工件絕緣套和車(chē)刀絕緣層； 夾具設(shè)于外部車(chē)床溜板箱上，夾具設(shè)有電極穿孔，輔助加熱陰極和輔助加熱陽(yáng)極設(shè)于夾具上，輔助加熱陰極一端和輔助加熱陽(yáng)極一端均與直流電源連接，輔助加熱陰極另一端和輔助加熱陽(yáng)極另一端均與外部工件表面觸接，工件絕緣套設(shè)于外部工件表面，車(chē)刀絕緣層設(shè)于外部車(chē)刀表面。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于車(chē)削加工的通電加熱輔助裝置，其特征在于所述夾具為L(zhǎng)字形夾桿， L字形夾桿設(shè)有2個(gè)電極穿孔。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于車(chē)削加工的通電加熱輔助裝置，其特征在于所述輔助加熱陰極和輔助加熱陽(yáng)極均為石墨電極。
專(zhuān)利摘要一種用于車(chē)削加工的通電加熱輔助裝置，涉及車(chē)削加工技術(shù)。提供刀具不參與加熱，刀具使用壽命長(zhǎng)，工件加熱效率較高的一種用于車(chē)削加工的通電加熱輔助裝置。設(shè)有夾具、直流電源、輔助加熱陰極、輔助加熱陽(yáng)極、工件絕緣套和車(chē)刀絕緣層。夾具設(shè)于外部車(chē)床溜板箱上，夾具設(shè)有電極穿孔，輔助加熱陰極和輔助加熱陽(yáng)極設(shè)于夾具上，輔助加熱陰極一端和輔助加熱陽(yáng)極一端均與直流電源連接，輔助加熱陰極另一端和輔助加熱陽(yáng)極另一端均與外部工件表面觸接，工件絕緣套設(shè)于外部工件表面，車(chē)刀絕緣層設(shè)于外部車(chē)刀表面。
文檔編號(hào)B23B25/00GK203076604SQ20132008580
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者王希, 周競(jìng), 吳林濤, 張?zhí)煊?申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)