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刀具相關材料的(de)特種加工方法
2012-1-29   作者:CBN車刀技(jì)術及刀具應用博(bó)客(kè)

      CBN車刀(dāo)等工具的加工一般方式為磨加(jiā)工,可以說PCBN刀具就是磨出來的(de),可供選擇的加工方式不多,下麵為大家介紹幾個以PCBN焊接刀具為代表的超硬(yìng)材料的特(tè)種加工方式。(以導(dǎo)電材料為主)

   

     特種加工技術是直接借助電能、熱能、聲(shēng)能、光能、電化(huà)學能以及特殊機械(xiè)能等多種能量或其複(fù)合以實現材料去(qù)除的加工方法。常(cháng)用特種加(jiā)工方法有碳弧氣刨加工、電(diàn)熔爆加工、電(diàn)火花加工、激光加工和(hé)超聲加工、以及近年新出現的短電弧加工新工藝。

 

     1、 碳弧氣刨加工


     碳弧(hú)氣(qì)刨是利(lì)用碳弧的高溫將金屬熔化後,用壓縮空氣(qì)將熔化的金屬吹掉的一(yī)種刨削金(jīn)屬的方法。
碳弧(hú)氣刨的(de)特點主要有以下幾個方麵:(1)與(yǔ)風鏟(chǎn)相比,生產效(xiào)率高4倍左右,從而(ér)降低了工件的加(jiā)工費用。(2)勞動(dòng)強度明顯降低(dī),噪聲也比(bǐ)風鏟時要低。(3)與等離(lí)子弧氣刨相比,設備(bèi)簡單,壓縮空氣容易獲得且成本低。(4)在清除焊(hàn)縫或鑄件缺(quē)陷時,被刨削麵光潔鋥亮,在電弧下容易發現各種細小的缺(quē)陷(xiàn),有利於焊接質量的提高。(5)由於碳弧(hú)是利用高溫而不是利(lì)用氧化作用刨削金屬(shǔ),因而不(bú)但適用於黑色金(jīn)屬(shǔ),還可用於氧氣切割法不能或難以切(qiē)割的金屬,如鑄鐵、不鏽鋼和銅等材料(liào)。(6)碳弧氣刨與切割的缺點主要是:操作不當,易使槽道增碳;碳弧有煙霧、粉塵等汙染物及弧光.在狹小的空間內及(jí)通風不良處操作時,應采用(yòng)相應的通風(fēng)設備。


     碳弧(hú)氣刨加(jiā)工的發展趨勢(shì)主要體現在對其基本原理、加(jiā)工機理、工藝規律、加工穩定性等問題的(de)深(shēn)入研究;同時,充分融合以現代(dài)電子技術、計算機技
術(shù)、信息技術和精密製造技術為基礎的高新技術,使(shǐ)加工設備向自動化、柔(róu)性化方向發展。並(bìng)且(qiě),針對碳(tàn)弧氣刨加工產生煙霧、粉塵汙染的特點開發新的碳
     弧氣刨設備,以降低(dī)甚至消(xiāo)除加工時對操作人員的傷害。


     2、電熔(róng)爆加(jiā)工


     電熔爆加工技術是通過帶電工具電極與工件表麵間產生的特殊的電作用,使加工(gōng)件表麵局部迅速熔化,同時在高速工件液的衝擊下,熔化金屬迅速爆離,達到零件加工要求的尺寸程(chéng)度和加(jiā)工的(de)粗糙度的一種特種加工技術。它可以廣泛地用於航天、航空、冶金(jīn)西l贏麴粥翥、鐵路、軍工、石油(yóu)、礦山等各個行業,對各種特殊材料及難加工材料如碳化鎢、不鏽鋼、高鉻合金、高錳合(hé)金、稀土合(hé)金、超硬合金、鈦合金、金屬陶瓷等進行經濟而且高效(xiào)的(de)加工。電熔爆技術主要特點:(1)加工碳化鎢、高鉻合金、鑽(zuàn)基合金(jīn)、鎳基合金、鐵基合金(jīn)、稀土合(hé)金、金屬陶瓷、鈦合金等各種難加工材質比傳統機電加工技術可提高工效5~50倍(根據材料性質定),節能至(zhì)20倍,成本降低50~90%,(2)實現機床無切削力加(jiā)工,機床結構減化80%,使用壽命延長5~10倍。(3)電熔爆新型表麵工程技術製造或(huò)修複產品的使用(yòng)壽命,比國外同類產品提高1~3倍,比國內同類(lèi)產品提高1~10倍(根據材料性質定)。加工表麵粗糙度Ra12. 5~1.6,尺(chǐ)寸精度(dù)0.01~0. Imm。 (4)電熔爆技術和機加工、電火花等技術相結合可優勢互補(bǔ),生產高效、高質量產品。電(diàn)熔爆加工的發展趨勢主要體現在對加工過(guò)程(chéng)中的(de)一些(xiē)還不十分明了,不便於加工控製的加(jiā)工機理,如放電通道中的電流密度及其分布規律、加(jiā)工介質(工作(zuò)液)的作用機理、工件表麵變質層(céng)與加工參數之間的(de)關係(xì)等規律的(de)繼續深入研究,以及將電熔爆加工技術與計算機技術、自(zì)動化控製技術、信息技術相結合,從而實現自動(dòng),精細化加工。


     3、電火花加工


     電火花加工技術已(yǐ)經被廣泛應用,主要用於穿孔成型和線(xiàn)切割。國內外近些年來在基礎理論研究、新技術開發、新型高速(sù)、高精度EDM機床的研製等方麵做了大量工作,有較大發(fā)展。其主要發展趨勢如下:(1)電火花加工技術的基礎理論研究包括電極間的物理和化學反應(yīng)、放電點的測量和控製等。東京農工大(dà)學的國枝教授(shòu)已從實驗和理論上對放電點發生部位進行了測量和分析,通迪對電極不(bú)同部位(wèi)加上不同的高電壓,實現(xiàn)了對放電發生點(diǎn)的(de)控製。(2)開發了氣體放電加工技術通過在管狀電極中通入高速氣流,吹走(zǒu)電蝕(shí)產物和放電(diàn)產生的(de)等(děng)離子體,冷卻(què)電極表麵,具有工(gōng)件電極損耗小(xiǎo),工件表(biǎo)麵(miàn)熱影(yǐng)響小,對(duì)環境沒(méi)有汙染,不易發生火(huǒ)災(zāi)等優點(diǎn)。(3)直線電機在EDM和WEDM機床上的(de)應用和加工過程的自(zì)適應控製直(zhí)線電機不用滾珠絲杠,沒有傳動間隙,滿足高速響應的要求,從而改(gǎi)善加工質量。三菱電機公司開發AutoMagic型WEDM機床有(yǒu)很強的自適應控製,其自動穿絲功能使0. 12 mm的電極絲在切割50 mm厚鋼(gāng)板時的剪斷及(jí)再接(jiē)時(shí)間僅為(wéi)10 s。


     4、激光加工


     激光能對陶(táo)瓷、寶石、玻(bō)璃、硬質合金等實現打孔、焊接、切割、刻線等(děng)工藝。采用英國Frumpt公司生產的TLF750型CO,激光器打孔,孔徑為<
0. 762±0.013mm,位(wèi)置公(gōng)差<0. 0635mm;美國開發的壽命超15000h光纖激光打標係統,用(yòng)於眾多半導體模製化合物、引底座、晶片、陶(táo)瓷基底和(hé)包裝上,形(xíng)成清晰耐久的標記;激光劃線技術已成為生產集成電路(lù)的關鍵技術,其劃(huá)線細、精度高(線寬為15~25Um,槽(cáo)深為(wéi)5~200Um),加工速度快(可達
200mm/s),成品率可達99. 5%以上。硬(yìng)脆材(cái)料的激(jī)光精加工技術將會在以(yǐ)下(xià)方麵取得新(xīn)的突破(pò): (1)在(zài)推廣應用激光打孔、切割、刻線、焊接技術的同時,不斷完善和改進工藝措施,擴大激光加工的(de)應用(yòng)範圍。(2)研究適用於厚壁和複雜形狀零件的激(jī)光加工新技術。(3)探(tàn)索輸出功(gōng)率大、脈衝特性好、波形穩定(dìng)的
新光源,研製特性好的激光發生(shēng)器。(4)試(shì)製應用範圍廣、自動化程(chéng)度高、加工精度好的激光加工機。


     5、 超聲加工


     超聲加工主要用於對脆硬(yìng)材料加工圓孔、型孔、型腔、微細孔、超聲複合加工。超聲發生(shēng)器和超(chāo)聲振動係統(tǒng)是超聲加工裝置的核心組成部分,改進超聲
加工,主要是圍繞(rào)這兩方麵展開(kāi)的:(1)頻率跟蹤技術和穩定振幅技術的同時引入(rù)頻(pín)率跟(gēn)蹤(zōng)和恒定振幅控製是超聲加工電源(yuán)兩個重要的特性,傳統的超聲發生器難以實現頻率跟蹤,不能適應負載的變化(如工具的更換、磨損等),工作穩定性差。通過改進(jìn),實現頻率自動跟蹤,加快跟蹤速度,擴大搜索範圍、提高(gāo)搜索精度;自動進行輸出振幅和功率控製,實現恒振幅和單位負載恒功率輸出,從而提高加工質量和效率。(2)對(duì)超聲振動係(xì)統的改進(jìn)超聲加工通常要求工具端麵獲得較大的振(zhèn)幅(10~20Um),而(ér)一般使用的超聲換能(néng)器振子,不論是磁致伸縮(suō)式還是(shì)壓電(diàn)式換能器振子,其振動表麵的振動速覆麥鑊噶瓤幅都比較小(xiǎo),不能滿足加工的要求,通過改(gǎi)進與變(biàn)幅(fú)杆的連接方式(shì),對振幅進行放大,滿足係統的回轉(zhuǎn)精度和超聲能量傳遞兩方麵的(de)要求,實現加工目的。此外,變振幅擴(kuò)大棒杆為工(gōng)件加振方式的微細超聲加工,對碳酸玻璃(lí)、半導(dǎo)體矽等硬脆材料試件進行微乳加工的嚐試等,都取(qǔ)得了良好的效果。


     6、短(duǎn)電弧加工


     短電弧強電加工以工具電極和(hé)工件作為放電電極,加工時工具電極與工件不(bú)接觸,機械切削力近於零,工作介質(zhì)為水氣混合物或水或氣(qì),加工過(guò)程中工具電極與工件表麵產(chǎn)生特殊的電作用,形(xíng)成強電子電流(電源電流可達4000A),在霧化介質中進行短電弧放電並產生高溫高熱使工件表層金(jīn)屬迅速熔化而剝離工件母體,達到尺寸(cùn)精度和粗糙度的加工目的。


     短(duǎn)電弧切削技術特(tè)點為:(1)工件可以是(shì)各種(zhǒng)導電的金(jīn)屬、半導體、非金屬材(cái)料;工具電極材料多樣化(huà),可以是金屬如銅、鋼、鑄鐵、鋁等(děng),也可以是石墨、金屬石墨或芯部是金屬外緣是石墨,還可以是硬質合金、高速鋼(gāng)刀具(jù);工(gōng)具電極形狀(zhuàng)也可以多種多樣(yàng),可以是刀具狀、盤狀、棒狀、異(yì)形狀、成型狀,也(yě)可以是環架狀。(2)短電弧切削設備由於沒有切削力或隻有微小的切削力,因此它的原型機床設備與同類機(jī)床比較具有傳動簡單、外形小巧、低速、振動小、經(jīng)濟高效、高精度(dù)低強度切削、性能穩定可靠、對周圍環境影響小、無環境汙(wū)染等優(yōu)點。(3)短電弧切削設備可在同一個陰極裝置上完成常規(guī)刀具切削(不接(jiē)短電弧切削電源(yuán))和非常規(guī)刀(dāo)具切削(接短電弧切削電源),減(jiǎn)少了工件裝卡(kǎ)次(cì)數和停杌(wù)時間,提高了被加工件表麵質量,為目前機加工(gōng)工藝提供了一種(zhǒng)縮短工藝流(liú)程的新辦法(fǎ)。(4)短電(diàn)弧切削設備陽極裝置完成工件的回轉、往複直線運動和靜止狀態(tài),並使工件帶正電。陰極裝置(zhì)完成工具電極的靜止、回轉和機械往複間歇運動,並使工具電極(jí)帶負電;其工具(jù)電極速度V≤2m/s的回(huí)轉或(huò)往複直線運(yùn)動(dòng)時(shí),其材料為石墨、金屬石墨或表麵鍍銅石墨;速度2m/s<V≤lOm/s時,材(cái)料為金屬、高速鋼、硬質(zhì)合金、不能(néng)使用(yòng)石墨電極。工具電極或工件在切削過程中可以是靜止、轉動(dòng)、或直線往複運動。(5)短電弧(hú)切削設備其幹式切削時工作介質可隻供給氣、采用(yòng)石墨或硬質合金、高速鋼電極,濕式切削時工作介質可(kě)供給水或水氣混合物、采(cǎi)用石墨、高速鋼或金屬電極。

     短電弧(hú)強電(diàn)加工技術(shù)今後的主要研發方向為:(1)加強短電弧強電加工中的關鍵技術研究短電弧強電加工中的關鍵技術研究,將提供短電(diàn)弧強電加工機床設計(jì)開發所(suǒ)必須(xū)的理論依據和關鍵技術參數,將解(jiě)決短電(diàn)弧強(qiáng)電加工機床設計開發(fā)中的技術標準問題,將會對短電弧強電加(jiā)工機床的研究奠定必要(yào)的(de)理論和技術基礎。(2)進行產品的(de)精密化開發研究短電弧強電加工關鍵技術的研究,必將為提高短電弧強電加工機床的加工精度(dù)提供必要的技術(shù)依據(jù),為開發(fā)加工精度更高的短電弧強電加工機床(chuáng)奠定基礎。(3)進行產品(pǐn)的標準化、係列化開發研究在加強短電弧強(qiáng)電加工(gōng)關鍵技術研究的基礎上,進行短電弧(hú)強電加工機床的標準化、係列化開發研究,將(jiāng)是短電弧強電(diàn)加工(gōng)技術和(hé)短電弧強電(diàn)加工(gōng)機床研究發展的必由之路。(4)進行產品的數字(zì)化開發研(yán)究短電弧加工機床(chuáng)加工過程(chéng)中的工具電極損耗,不但影響短電弧(hú)加工的放電效果,也直接影響零件加工的尺寸精度,如果實現數字化控製,則可在加工過程中對工具電極的損耗進行動態補償,保證短電弧加工的放電間(jiān)隙(xì)和正(zhèng)常放電加工(gōng),提高(gāo)零(líng)伴加工的尺寸精(jīng)度。此外(wài),機床(chuáng)的(de)數(shù)字化控(kòng)製也是(shì)機床(chuáng)發展的必然趨勢。

 


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