一种金属材料的脉冲导电与机械切削复合的加工方法技术

本发明专利技术公布了一种金属材料的脉冲导电与机械切削复合的加工方法，通过使用刀具在切削金属时，在切削区域(楔形区域)通入高频脉冲电源，由于电磁热效应，使得楔形切削区尖端处周围的材料温度迅速升高，软化材料，降低了切削区域材料的硬度，使得机械切削变得容易。具体步骤是在机床上安装脉冲电源，并与工件的两端连接，形成电流回路；然后调整好脉冲电源参数，对安装在机床工作台上的金属工件进行切削加工。本发明专利技术的一种金属材料的导电与机械切削的复合加工方法，具有生产效率高，提高了加工精度和质量，并适用于任何类型刀具的切削加工，是普通金属材料和航空航天等工业产品使用的难加工材料的常规加工、精密与微细加工的有效方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
一种金属材料的脉冲导电与机械切削复合的加工方法


[0001]本专利技术涉及一种金属材料的脉冲导电与机械切削复合的加工方法。

技术介绍

[0002]随着材料科学的发展，尤其是在航空航天，原子能，兵器等工业领域广泛应用了具有特殊性能的工程结构材料，出现了越来越多的难加工的金属材料，例如，不锈钢，钛合金，高温合金等，使用传统机械切削加工效率慢，生产成本高，加工质量低。要很好的满足新材料的切削加工性、加工精度和表面质量方面的要求，这就对现有加工技术提出了新挑战，导电加热切削加工就是在这种背景下逐步形成的一门复合性制造技术。
[0003]目前，导电加热辅助切削加工技术是电接触加热切削，即在切削过程中，在以刀具与工件组成的回路中通入低电压大电流，使材料产生焦耳热，从而使切削层区域受热，温度上升，使得其硬度降低，从而提高加工效率，具有传统单一加工技术没有的优点，已经在前述难加工材料高效加工领域中，它是制造技术的发展方向之一。
[0004]但是，目前这种导电加热切削加工技术具有较大的不足之处，首先它不适合于非金属材料的刀具切削加工(如陶瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具等)，使得使用刀具范围受限，进而得加工材料的范围也极大受限；其次不能进行断续切削，因为断续切削时会产生强烈的电弧现象，从而会烧伤刀具而影响刀具的使用寿命和表面加工质量，以及降低加工的安全性；最后它也不能用于切削速度较高的切削加工中，从而也极大影响了生产的效率。这样使得这种以刀具与工件组成回路的导电加热切削技术的使用有极大的局限性。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是针对现有导电加热切削技术存在的缺陷，提供一种金属材料的脉冲导电与机械切削复合的加工方法，即利用电磁热效应，利用高频脉冲电流对工件楔形切削区域的持续进行脉冲放电加热，并同时进行传统的机械切削加工而形成一种新型复合切削加工方法。
[0006]本专利技术是通过采用的是高频脉冲电源，在金属材料上(一端)安装加工专用阳极接头，使得工件连接电源正极；在刀具上安装电源阴极电极(电线)接头，并使阴极电极与加工形成的切屑部分相接触，形成电流回路，即电源电流从电源阳极到工件，从工件到切屑，再从切屑到阴极接头，最后回到电源负极的电流回路。同时要使刀具绝缘(或采用绝缘的非金属刀具)，即电流不通过刀具。由于锋利的刀尖(可采用较大的刀具前角和后角)切入工件时，切屑根部与已加工表面形成楔形状，高频脉冲电流经过楔形尖端区域(近似一条裂缝)，会导致电流在楔形尖端区域产生电流绕流和电流密度集中(图1所示)，从而产生强烈的焦耳热，实现了电能转化成热能，使得楔形切削区尖端处周围的材料温度迅速升高，足以达到使材料软化甚至熔化的程度。从而极大的降低了切削区域(尤其是剪切变形区)材料的硬度，使得机械切削变得很容易，从而提高了切削效率和加工质量。
[0007]具体步骤为在一台机床上安装高频脉冲电源加工阳极专用机头，调节合适的脉冲
电源参数，使用脉冲电源对放置在阳极工作台上的金属工件进行导电切削加工，可高效快速去除加工余量，并保证加工质量和延长刀具寿命。
[0008]本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：一种金属材料的脉冲导电与机械切削复合的加工方法，包括如下步骤：
[0009](1)安装脉冲电源装置：
[0010]本加工方法采用的是可调的脉冲电源，要把电源装置安装在合适的位置；
[0011](2)安装脉冲电源加工阳极接头：
[0012]将脉冲电源加工阳极专用接头安装在机床上，电源阳极电缆与脉冲电源阳极专用机头连接；
[0013](3)安装电源阴极：
[0014]将阴极接头安装在刀具上，并接上脉冲电源阴极电缆；
[0015](4)安装工件：
[0016]使用工装将金属材料工件安装在阳极工作台上；
[0017](5)机械切削加工：
[0018]在脉冲电源放电加热时，就可开始采用切削刀具对金属工件进行机械切削加工。
[0019](6)开启脉冲电源装置：
[0020]在脉冲电源装置中设置加工参数，打开脉冲电源进行对工件导电加热，脉冲电源装置是可调的，输入220V，50Hz的电源，则根据加工状况输出电流在0～3000A之间选择。
[0021]进一步的，步骤(2)中的所述脉冲电源加工阳极专用机头与机床连接位置处要绝缘处理，并通过快接插头与脉冲电源阳极极电缆相连接。
[0022]进一步的，步骤(3)中的切削刀具要进行绝缘处理，阴极接头与刀具安装位置之间也要加装有绝缘层，并通过快接插头与脉冲电源阴极电缆相连接。
[0023]进一步的，步骤(5)中所述的机械切削加工刀具是适用于切削金属材料的所有刀具，包括高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具等。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0025]本专利技术是通过采用脉冲电源对金属工件导电并进行机械切削加工相结合的加工方法，能高效的去除加工余量，也适用于金属材料的精密与微细的切削，还能很好的满足国防军工产品使用的难加工材料的切削加工要求。本专利技术相较于传统的导电加热机械切削加工优势在于提高切削生产效率，降低加工成本，保证加工质量；具有加工装置使用安全、可靠及方便、刀具的磨损少，且使用刀具种类广泛，加工金属材料范围广的特点。
附图说明
[0026]附图用以对本专利技术的进一步理解，成为专利技术说明书的一部分，并与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的限制。
[0027]图1为本专利技术电磁热切削加工原理图；
[0028]图2为本专利技术电磁热切削加工的工作状态主视图；
[0029]图3为本专利技术电磁热切削加工的状态局部示意图。
[0030]附图标记说明：1、脉冲电源；2、脉冲电源阳极接头；3、机床夹具；4、金属工件；5、切屑层；6、刀具；7、脉冲电源加工阴极接头；8、电缆。
具体实施方式
[0031]如图1～3所示：
[0032](1)安装脉冲电源装置：
[0033]本加工方法采用的是可调的脉冲电源，要把电源装置安装在合适的位置；
[0034](2)安装脉冲电源加工阳极接头：
[0035]将脉冲电源加工阳极专用接头2安装在机床上，电源阳极电缆8与脉冲电源阳极专用2接头连接；
[0036](3)安装电源阴极：
[0037]将阴极接头7安装在切削刀具6上，并接上脉冲电源阴极电缆8；
[0038](4)安装工件：
[0039]使用工装将金属材料工件4安装在阳极工作台上；
[0040](5)机械切削加工：
[0041]开启机床，采用切削刀具对金属工件进行机械切削加工。
[0042](6)开启脉冲电源装置：
[0043]在脉冲电源装置中设置加工参数，在机械切削开始后不久，就打开脉冲电源装置对工件进行电加热，脉冲电源装置是可调的，输入220V，50Hz的电源，则根据加工状况输出电流在0～3000A之间选择。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属材料的脉冲导电与机械切削复合的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)安装脉冲电源装置：本加工方法采用的是可调的脉冲电源，要把电源装置安装在合适的位置；(2)安装脉冲电源加工阳极专用接头：将脉冲电源加工阳极专用接头安装在机床上，电源阳极电缆与脉冲电源阳极专用机头连接；(3)安装电源阴极：将阴极接头安装在刀具上，并接上脉冲电源阴极电缆；(4)安装工件：使用工装将金属材料工件安装在阳极工作台上；(5)机械切削加工：在脉冲电源放电加热时，持续对楔形切削加工区域导电加热，产生焦耳热，即利用电磁热效应原理，软化楔形切削加工区域的金属材料，同时采用切削刀具对金属材料(工件)进行连续的机械切削加工。(6)开启脉冲电源：在脉冲电源装置中设置加工参数，打开脉冲电源进入对工件加工楔形区域的放电加热阶段...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁红军，曹彦平，霍忠堂，
申请(专利权)人：邯郸学院，
类型：发明
国别省市：