一种高温合金机加工的辅助装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属切削加工技术领域，更具体地，涉及一种高温合金机加工的辅助
目.0
【背景技术】
[0002]随着航空航天工业、兵器工业、化学工业、核工业、电子工业等行业的发展，对产品零部件材料的性能有了更高要求，同时也出现了各种高强度、高硬度、高脆性的工程材料。材料性能提高的同时给加工带来了困难和挑战。
[0003]高温合金具在1000°C左右条件下使用的一种工程材料，其具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，广泛应用于航天、航空、各种热处理设备。由于高温合金中含有许多高熔点合金元素Fe、T1、Cr、N1、V、W、Mo等，这些合金元素与其它合金元素构成纯度高、组织致密的奥氏体合金，而且有的元素又与非金属元素C、B、N等构成硬度高、比重小、熔点高的金属与非金属化合物，使其切削加工性变得很差。高温合金的相对切削加工性只有45号钢的5?20%。
[0004]镍基高温合金是高温合金中常用的一种，其在650?1000°C高温下具有优良的热强度性能、热稳定性能、抗氧化腐蚀性能及热疲劳性能。常温时，在传统加工条件下加工该镍基高温合金，由于切削力大造成刀具磨损严重，刀具的寿命随之急剧下降，且会造成切削面的表面质量的问题。
[0005]近年来出现的加热辅助切削技术是解决难加工材料加工的一种有效方法。授权公告号为CN203110021U的中国实用新型专利公开了一种激光加热与超声振动复合辅助铣削加工装置，通过给工件或者刀具施加可控的振动，并同时采用激光预热切削区，达到改善陶瓷材料的切削性能的目的。但是，(I)采用激光加热和超声波振动相结合辅助机加工，其设备较为昂贵，且激光器耗能高，不利于工业化大规模应用；(2)该装置中无法精确控制加热的温度和超声波振动频率，并无法测量切削力，即无法精确控制切削加工过程。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高温合金机加工的辅助装置，其目的在于采用等离子加热高温合金工件切削区，使高温合金的硬度下降，塑性提高，切削力降低，同时采用测力仪测量切削力，从而达到可对高硬度的高温合金工件进行切削加工，且使其加工过程精确可控的目的。克服了现有技术中，采用激光加热和超声波振动相结合辅助机加工时设备较为昂贵且耗能高的问题，以及无法精确控制切削加工过程的问题。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种高温合金机加工的辅助装置，用于实现对高硬度的高温合金工件进行切削加工，其特征在于，其包括:
[0008]等离子加热单元，该等离子加热单元包括等离子发射喷头，用于对高温合金工件待切削位置加热以使之软化而能进行切削加工；
[0009]夹持单元，该夹持单元包括夹盘，固定在夹盘边缘的平板状的外伸固定架，固定在外伸固定架上的“U”形固定架，所述“U”形固定架具有“U”型窗口，该夹持单元还包括多个夹持板，所述夹持板相对安装在所述“U”型窗口两侧，以用于夹持从所述“U”型窗口穿过的等离子发射喷头；
[0010]切削力测量单元，其包括测力仪，该测力仪用于与高温合金工件接触以测量其被切削时候承受的切削力的大小；
[0011]测温单元，该测温单元包括红外摄像头，该红外摄像头用于测量被所述等离子发射喷头加热的高温合金工件待切削位置的温度；
[0012]以上各单元共同作用，实现对高硬度的高温合金工件进行切削加工，且加工过程中切削力和温度可测量，最终实现加工过程可控。
[0013]进一步的，所述夹盘呈圆环状，该夹盘固定在对高温合金工件进行加工的机床主轴上，以使固定在夹持单元上的等离子发射喷头与机床主轴保持同步运动，从而保证等离子发射喷头对准高温合金工件上待切削位置加热。
[0014]进一步的，所述夹持板具有两块，两块所述夹持板相对固定在“U”型窗口两侧，并且该夹持板均垂直于“U”形固定架，并且该两块夹持板的端部均安装有旋转套筒，所述旋转套筒上均固定有夹块，所述夹块上开有半圆形的槽孔，半圆形槽孔相对形成圆形槽孔以用于夹持所述等离子发射喷头。
[0015]进一步的，其特征在于，所述夹块具有两块，两块夹块通过紧固件相对固定在一起以使夹块上半圆形槽孔相对形成的圆形槽孔能夹紧等离子发射喷头；且
[0016]所述夹持板端部具有通孔，所述旋转套筒均可转动安装在该通孔内，以能在该通孔内旋转时带动与自身相固定的夹块同步转动，从而能使被夹块夹紧的等离子发射喷头灵活旋转，以能实现对准高温合金工件上待切削位置加热。
[0017]进一步的，所述“U”形固定架通过所述外伸固定架上的长条状槽孔固定在所述外伸固定架上，所述长条状槽孔用于供所述“U”形固定架在长条状槽孔的长度范围内移动，以实现对被“U”形固定架固定的等离子发射喷头的位置的微调。
[0018]进一步的，所述测温单元还包括用于吸附在高温合金工件待切削位置附近的磁力座和用于支撑所述红外摄像头的导槽架，所述磁力座上具有用于起支撑作用的支撑杆，所述导槽架包括相互垂直且形成一体的孔板和槽板，所述支撑杆穿过所述孔板的通孔并与该孔板固定为一体，所述槽板与所述红外摄像头外壳相固定，以实现对红外摄像头的支撑并使之能与所述磁力座同步移动以对准高温合金工件待切削位置测温。
[0019]进一步的，所述槽板具有位于同一个圆上的相互对称的一对圆弧形槽孔，所述红外摄像头外壳上具有圆环形槽孔，圆弧形槽孔所在的圆和圆环形槽孔所在的圆具有相同的圆心，用于通过该圆心将所述槽板与所述红外摄像头相固定，且一对圆弧形的槽孔和圆环形的槽孔相重合，以用于紧固件通过将槽板与所述红外摄像头进一步相固定，所述红外摄像头能以所述圆心为原点相对所述槽板旋转以用于调节自身角度并能在旋转后仍然保持圆弧形的槽孔和圆环形的槽孔相重合，以便紧固件通过而将旋转后的红外摄像头与槽板进一步相固定。
[0020]进一步的，所述切削力测量单元还包括与测力仪相电连接的用于放大测力仪信号的放大器，与放大器相电连接的用于读取经放大后的测力仪信号的NI采集器，以及与NI采集器相电连接的用于显示测力仪测量结果的显示器。
[0021]进一步的，所述等离子加热单元还包括发射控制箱，该发射控制箱上具有用于控制等离子发射喷头是否工作的开关按钮、用于控制电压大小的电压按钮以及用于控制电流大小的电流按钮，该发射控制箱一端同时与等离子气源和保护气源连接，其另一端与所述等离子发射喷头相连。
[0022]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案能够取得下列有益效果:
[0023]1、采用等离子体发射喷头对高温合金工件加热实质软化以能切削加工，相比激光加热和超声波振动相结合的辅助机加工，等离子设备价格低廉，且耗能低，更适合工业化规模应用。
[0024]2、在高温合金工件处设置了测力仪和红外摄像头，能实时采集到不同温度下需要使用的切削力大小，也能根据不同的温度，调整刀具给予的切削力大小，做到机加工工程精确可控。
[0025]3、将采集的不同温度下对应的切削力大小汇总，可用于形成系统的数据库，用于精确调整加热温度、材料以及切削力的关系，有助于节约因加热温度过高或者给予的切削力过大造成的能源浪费。
【附图说明】
[0026]图1是本发明实施例中辅助装置的结构示意图；
[0027]图2是本发明实