加热切削加工是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,易产生塑性变形的一种切削工艺。加热温升后工件材料的剪下强度下降,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。
基本介绍
- 中文名:加热切削
- 作用:使材料切削部位硬度、强度下降
加热切削简介
加热切削加工是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,易产生塑性变形的一种切削工艺。加热温升后工件材料的剪下强度下降,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係(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。
发展历程
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、德开始进入工业套用实践,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,基本上没有套用到生产实际中。60年代以后,利用刀具与工件构成迴路通以低压大电流,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,最初由英国研製成功。80年代以后,开发了雷射加热切削,由于雷射束能快速局部加热,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。
发展现状
一般热源
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,难以甚至未能套用到生产实际中去。
等离子弧及雷射热源
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,可对难加工材料进行高效切削。研究表明,在加热切削冷硬铸铁和高锰钢等难加工材料时,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;加工条件恶劣,需要防护装置。 雷射加热切削以雷射束为热源,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;雷射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,雷射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雷射器价格昂贵,能量转换效率低,金属材料对雷射吸收能力差,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套用的原因之一。 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。
套用前景
使金属处于一定组织形态的加热切削有着广阔的套用前景:
(1)实现难加工材料的切削加工,并提高切削质量,这是主要的套用领域;
(2)对于低碳钢、纯金属等材料的切削,可以改善加工表面粗糙度;
(3)对于常用金属材料,如45钢的切削,因为切削力降低,可节省能源消耗;
(4)可有效解决机修工业中高硬度堆焊层的难切削问题;
(5)在航宇工业等尖端科学的製造技术研究工作中有独特的作用。