专利名称：一种用于车削加工的通电加热辅助装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及车削加工技术，尤其是涉及一种用于车削加工的通电加热辅助装置。
背景技术：
随着现代工业技术的迅速发展，在机械制造、机电、兵器及航空等工业部门引入了很多高强度、高硬度的新材料(如高强度、超高强度钢、不锈钢、钛合金、冷硬铸铁等)，这些材料统称为难加工材料。由于它们的高强度、高硬度和高应变硬化率，使其切削加工性显著恶化:加工时切削力大、温升高，刀具磨损严重，加工表面质量差，金属切除率低。对这些难加工材料的加工，人们逐渐认识到，单靠一般的改变切削用量，优选刀具几何角度的方法已很难奏效。解决这类材料的加工性问题，目前一般有两种方法:1、研制性能更为优异的刀具材料，如超硬刀具材料(金刚石刀具和立方氮化硼刀具)、陶瓷刀具和涂层刀具等。2、研究推广新的加工方法，如振动切削，加热切削、激光或离子速加热加工等方法。加热切削，最早是1890年德国人梯奴门(B.C.Tilghman)对材料进行了通电加热切削，在第2次世界大战以后，由于许多用于航海、航空及其他军事领域的难加工材料在普通切削时遇到困难，加热切削才真正开始受到重视。加热切削是能够对难加工材料进行高效率加工的有效方法之一它是在切削过程中，通过各种方式，对被切削材料进行加热，使切削微区、表层或整体达到一个合适的温度后再进行切削的方法。其目的是使被加工材料的硬度、强度下降而易于产生塑性变形。与普通切削相比，由于被切削层温度较高而使其抗剪强度下降，因此减小了切削力和功耗，生产效率提高，刀具寿命延长。此外，由于切削区温度较高，积屑瘤和鳞刺难以形成，使加工表面粗糙度明显减小。国内外有用激光、等离子、感应、通电等方法进行加热。激光加热辅助切削是利用大功率密度激光束加热切削区材料，使其软化达到塑性切削的目的。采用激光加热辅助切削可以提高切削速度、刀具使用寿命，降低切削力和切削温度，获得良好的已加工表面质量。但是激光器造价昂贵，占地面积大，以及加热辅助切削过程中需专用夹具限制了激光加热方法的使用。等离子加热其原理主要是使用一个专用的等离子枪，在使等离子产生变化的气流中，产生电弧，在切削区中使工件的局部产生高热。通过调整并控制等离子枪使在刀具前面整个的切削深度上都能加热。实际上，加热区只保持在去除的切屑厚度内，使得零件的加工表面的温度能够保持在金属的结构和晶粒不变化的温度以下。被加热的金属在切屑变形下，由刀具切下。等离子加热方法的主要问题是等离子电弧和工件的相对位置要求特别高，同时加工过程工件和刀具相对速度较大，难以保证加热的位置，且加工过程中需控制电弧的长度才能达到理想的加热状态。20世纪60年代初，日本学者上原邦雄等人提出了通电加热切削方法，即在切削时，利用刀具与工件构成回路，施加低电压大电流，使切削微区得到加热，因而加热效率高，升温迅速，同时结构紧凑，温控简单，适合于各种切削加工方法，是一种极有发展潜力的加热切削方式，近年的研究表明，选用硬质合金涂层刀具可以解决通电加热切削中临界速度过低的问题。现在这一方法在日本、俄罗斯和英国等国家已进人实用阶段，而且其应用正向更多难加工材料的加工方面扩展。1988年以来，华南理工大学的叶邦彦、赵学智等通过大量的实验和研究，对导电加热切削的电源设备制作、导电加热切削的切削力、切削温度及加工表面质量和刀具耐用度等方面内容作了系统深入的研究。现有的导电加热切削是在普通车床上利用刀具与工件构成的通电回路，通以低压大电流，在刀尖与工件接触点处，由接触电阻产生的焦尔热，使切削区材料软化，从而让切削变得顺利。这种方式在抑制鳞剌和积屑瘤以及硬车削方面有好处，但是因为刀具、工件同时加热，工件上被切削点区域加热的时间非常短，工件可能还没有完全软化的过程中，刀具也已经在切削了，也就增加了刀具磨损，另外只有刀具跟工件接触地方有接触电阻，是单点加热，相同电流下工件加热得到的温度较低，加热效率较低。
发明内容本实用新型的目的是提供刀具不参与加热，刀具使用寿命长，工件加热效率较高的一种用于车削加工的通电加热辅助装置。本实用新型设有夹具、直流电源、辅助加热阴极、辅助加热阳极、工件绝缘套和车刀绝缘层。夹具设于外部车床溜板箱上，夹具设有电极穿孔，辅助加热阴极和辅助加热阳极设于夹具上，辅助加热阴极一端和辅助加热阳极一端均与直流电源连接，辅助加热阴极另一端和辅助加热阳极另一端均与外部工件表面触接，工件绝缘套设于外部工件表面，车刀绝缘层设于外部车刀表面。所述夹具可为L字形夹杆，L字形夹杆设有2个电极穿孔。所述辅助加热阴极和辅助加热阳极最好均为石墨电极。所述直流电源可采用深圳市鼎源通电子有限公司产品，型号为DYT720的连续直流电源(O 10v、0 500A内连续可调)。与现有技术比较，本实用新型具有如下优点:I)刀具不参与加热，先使工件加热软化后，再进入切削，而不是刀具工件同时加热，工件的加热时间充分、可控，大大提高刀具耐用度。2)辅助加热阴极和阳极都可以加热，是两点加热，效率提高一倍，可以采用较小的电流，较大的电压，而电流小了以后，电源的最大电流减小，电源重量也降低，导线直径也可显著变小，成本降低，使用起来也更方便。3)可以通过选择合适的辅助加热阴极和阳极材料，提高接触电阻，提高加热效率。4)取消了电刷，简化了结构，降低了成本。5)采用石墨作电极材料，只产生二氧化碳气体，可避免辅助加热阴极和阳极在高温时会形成绝缘的氧化皮而切断通电回路的故障，而且石墨价格便宜，接触电阻大，加热效率高，耐高温，石墨也较软，不会划伤工件，非常适合做辅助加热电极。
图1为本实用新型实施例的结构及使用示意图。图2本实用新型实施例省略直流电源后的结构及使用示意图。
具体实施方式
参见图1和2，本实用新型实施例设有夹具4、直流电源1、辅助加热阴极2、辅助加热阳极11、工件绝缘套3和车刀绝缘层9。夹具4设于外部车床溜板箱P4上，夹具4设有电极穿孔，辅助加热阴极2和辅助加热阳极11设于夹具4上，辅助加热阴极2 —端和辅助加热阳极11 一端与直流电源I连接，辅助加热阴极2另一端和辅助加热阳极11另一端均与外部工件表面触接，工件绝缘套3套在外部工件Pl上，车刀绝缘层9设于外部车刀P2表面。图1中的标记7为振动传感器；标记10为电脑。所述夹具4为L字形夹杆，L字 形夹杆设有2个电极穿孔。所述辅助加热阴极2和辅助加热阳极11均为石墨电极。所述直流电源I采用深圳市鼎源通电子有限公司产品，型号为DYT720的连续直流电源(O 10v、0 500A内连续可调)。本实施例的工作原理如下，辅助加热阴极2和辅助加热阳极11通电加热工件P1，使工件Pl软化。辅助加热阴极2和辅助加热阳极11与工件Pl均为点接触，可随着车刀P2一起沿工件Pl的轴向做进给运动。工件Pl与车床的三爪卡盘通过工件绝缘套3绝缘，如果加工过程需要顶尖，则顶尖处也需绝缘。车刀P2与机床的刀架通过车刀绝缘层9绝缘，所以车刀P2是不参与通电加热的。图1中振动传感器7固定于车刀P2上，振动传感器7的作用是将采集到的数据输入到电脑10之中，电脑10存储采集到的数据。为了验证本实用新型的可行性和有效性，选定不同的转速η、进给量f和切削深度ap，用YWl型硬质合金刀片，对TlOA淬火工具钢(57HRC)分别做通电和不通电情况下车削的对比试验，分析实验过程中采集的振动信号，发现通电车削比不通电车削振动信号幅值降低3倍以上，切削过程非常平稳，整个通电过程也很稳定。同时也对高温合金(GH2132)进行了刀片的疲劳试验，发现刀片的耐用度大幅度提高，寿命增加2倍左右。由此得出结论:相对于现有的导电车削，本实用新型不但可行，而且效率更高，成本降低，结构简化，更利于提闻刀具寿命。
权利要求1.一种用于车削加工的通电加热辅助装置，其特征在于设有夹具、直流电源、辅助加热阴极、辅助加热阳极、工件绝缘套和车刀绝缘层； 夹具设于外部车床溜板箱上，夹具设有电极穿孔，辅助加热阴极和辅助加热阳极设于夹具上，辅助加热阴极一端和辅助加热阳极一端均与直流电源连接，辅助加热阴极另一端和辅助加热阳极另一端均与外部工件表面触接，工件绝缘套设于外部工件表面，车刀绝缘层设于外部车刀表面。
2.如权利要求1所述的一种用于车削加工的通电加热辅助装置，其特征在于所述夹具为L字形夹杆， L字形夹杆设有2个电极穿孔。
3.如权利要求1所述的一种用于车削加工的通电加热辅助装置，其特征在于所述辅助加热阴极和辅助加热阳极均为石墨电极。
专利摘要一种用于车削加工的通电加热辅助装置，涉及车削加工技术。提供刀具不参与加热，刀具使用寿命长，工件加热效率较高的一种用于车削加工的通电加热辅助装置。设有夹具、直流电源、辅助加热阴极、辅助加热阳极、工件绝缘套和车刀绝缘层。夹具设于外部车床溜板箱上，夹具设有电极穿孔，辅助加热阴极和辅助加热阳极设于夹具上，辅助加热阴极一端和辅助加热阳极一端均与直流电源连接，辅助加热阴极另一端和辅助加热阳极另一端均与外部工件表面触接，工件绝缘套设于外部工件表面，车刀绝缘层设于外部车刀表面。
文档编号B23B25/00GK203076604SQ20132008580
公开日2013年7月24日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者王希, 周竞, 吴林涛, 张天宇 申请人:厦门大学