導電加熱切削刀具性能的試驗研究，基於對導電加熱切削刀具磨損特性的研究，通過試驗，分析了導電加熱切削的刀具使用性能。
摘 要：本文基於對導電加熱切削刀具磨損特性的研究，通過試驗，分析了導電加熱切削的刀具使用性能。
關鍵字：導電加熱切削 刀具磨損 刀具性能 ExperimentalInvestigationofToolingQualityofToolinElectricHotMachining WuTuoetal Abstract：Bacedonthestudyofcharacteristicsofcuttingtoolwear,thetoolqualityinelectrichotmachiningexperimentsisinvestigated.
Keywords:electrichotmachining toolwear tooquality 1．引言 導電加熱切削是一種加工機理獨特的非傳統切削加工方法，其刀具磨損有著與傳統切削加工方法完全不同的磨損形態和磨損規律。這是由導電加熱切削的加工機理和摩擦機理決定的。研究導電加熱切削的刀具磨損特性以及刀具的使用性能，對於加速導電加熱切削技術的實用化進程具有一定的現實意義。 2．切削試驗 試驗條件如下：
工具機：CM6140精密車床
材料：45鋼，調質；38CrNi3MoVA，調質
刀具：YG8、YT5、YT15、YW1、CN25硬質合金機夾可轉位式車刀及焊接整體式車刀
電源：大功率IGBT高頻逆變開關電源
測量儀器：掃描電鏡(S-550)；讀數顯微鏡(40×)
試驗採用常規的標準試驗方法，即在車床上作外圓車削試驗。切削速度選擇在0.3m/s左右，在獲得與高速不導電切削相同形態的切屑(帶狀、蘭色)和相近表面粗糙度(Ra1.25～3.20μm)的工件表面的前提下，用各種型號的刀具，在不同的切削條件下進行導電加熱切削，並與常規切削進行比較。 3．刀具磨損特性 眾所周知，在傳統切削加工中，刀具磨損一般是以機械磨損為主，佐之以擴散、氧化磨損等，刀具的磨損形態為“月牙窪”磨損。切削速度是影響刀具耐用度的最主要因素。通常提高切削速度，耐用度就降低，磨損量就增加[1]。
導電加熱切削通常是在低速下進行切削加工的，按理應有較小的磨損量。但是，導電加熱切削時，必須施加較大的低壓電流對切削微區進行加熱，以軟化工件金屬材料。並且，導電加熱切削是依靠刀—工緊密接觸傳導電流的。當電流進入切削微區，尤其是刀—工和刀—屑接觸區，猶如進入一“狹窄的瓶頸”，在這裡，電荷密度和電流密度都驟增，不僅接觸點燒成紅熱，而且在接觸點的氣隙空間還可能產生電火花甚至電弧[2]。這就是導電加熱切削時影響刀具磨損的最本質的因素。在導電加熱切削中，刀具磨損將以熱電磨損、電蝕為主，而機械磨損則會因材料的軟化而有所削弱。
由於熱效應和電腐蝕的共同作用，這就使得刀具的磨損形態亦有所不同。研究結果表明，導電加熱切削刀具的典型磨損形態為主切削刃的“刃帶磨損”[3]。 4．刀具耐用度分析 開展導電加熱切削研究的國內外學者一般都得到如下結論：在一定條件下，導電加熱切削能提高刀具耐用度。例如，加工鈦合金時可提高1～4倍[4]，加工鎳鉻合金冷硬鑄鐵時可提高近14倍[5]。
事實上，只有在加熱能明顯地降低零件材料強度性能，而較小程度軟化刀具材料的情況下，才能顯著提高刀具的耐用度。
有學者指出，在保持最佳切削溫度不變(用降低切削速度的方法)的條件下,加熱熱強合金零件既可能提高刀具耐用度，又可能降低刀具耐用度。在加工熱強合金零件時，只有用相對低的切削速度加工，且切削溫度接近最佳溫度時，用加熱方法才能達到提高刀具耐用度的目的。以等於和高於最佳速度的切削速度加工時，採用加熱方法則會使切削溫度偏離最佳溫度，因而會降低刀具耐用度[6]。例如，導電加熱切削38CrNi3MoVA鋼，在較低切削速度下，可以提高刀具耐用度4～5倍，但當切削速度大於1.8m/s時，導電加熱切削並無優勢，甚至會出現刀具耐用度下降的趨勢。因此，導電加熱切削的刀具耐用度並不總是比傳統切削加工的高。
綜合分析有關研究資料可知，只有在切削高強度、耐熱合金、淬硬體等難加工材料，刀具—工件材料的硬度比比較小時，在一定條件下，導電加熱切削的刀具耐用度才可望大幅度提高。在工件材料可切削加工性較好，刀具—工件硬度比比較大的情況下，或者切削速度較高時，導電加熱切削並不產生明顯效果，由於電熱效應，有時刀具耐用度可能比常規切削加工還要低。 5．刀具材料的選擇 只要刀—工材料的強度、硬度比大於1.4～1.5，刀具就能進行切削。但是切削刀具要能不斷對加工材料進行切削，就必須保持切削刃的形狀不發生改變。這主要與刀具材料和工件材料之間的強度比和硬度比有關。顯然，兩者比值越大，越有利於切削。
試驗表明，刀具材料和工件材料的導熱係數對加熱切削效果有很大影響。在試驗中，發現採用導熱性較好的K類硬質合金刀具作導電加熱切削效果較好，特別是P類的改進型YW
關鍵字：導電加熱切削 刀具磨損 刀具性能 ExperimentalInvestigationofToolingQualityofToolinElectricHotMachining WuTuoetal Abstract：Bacedonthestudyofcharacteristicsofcuttingtoolwear,thetoolqualityinelectrichotmachiningexperimentsisinvestigated.
Keywords:electrichotmachining toolwear tooquality 1．引言 導電加熱切削是一種加工機理獨特的非傳統切削加工方法，其刀具磨損有著與傳統切削加工方法完全不同的磨損形態和磨損規律。這是由導電加熱切削的加工機理和摩擦機理決定的。研究導電加熱切削的刀具磨損特性以及刀具的使用性能，對於加速導電加熱切削技術的實用化進程具有一定的現實意義。 2．切削試驗 試驗條件如下：
工具機：CM6140精密車床
材料：45鋼，調質；38CrNi3MoVA，調質
刀具：YG8、YT5、YT15、YW1、CN25硬質合金機夾可轉位式車刀及焊接整體式車刀
電源：大功率IGBT高頻逆變開關電源
測量儀器：掃描電鏡(S-550)；讀數顯微鏡(40×)
試驗採用常規的標準試驗方法，即在車床上作外圓車削試驗。切削速度選擇在0.3m/s左右，在獲得與高速不導電切削相同形態的切屑(帶狀、蘭色)和相近表面粗糙度(Ra1.25～3.20μm)的工件表面的前提下，用各種型號的刀具，在不同的切削條件下進行導電加熱切削，並與常規切削進行比較。 3．刀具磨損特性 眾所周知，在傳統切削加工中，刀具磨損一般是以機械磨損為主，佐之以擴散、氧化磨損等，刀具的磨損形態為“月牙窪”磨損。切削速度是影響刀具耐用度的最主要因素。通常提高切削速度，耐用度就降低，磨損量就增加[1]。
導電加熱切削通常是在低速下進行切削加工的，按理應有較小的磨損量。但是，導電加熱切削時，必須施加較大的低壓電流對切削微區進行加熱，以軟化工件金屬材料。並且，導電加熱切削是依靠刀—工緊密接觸傳導電流的。當電流進入切削微區，尤其是刀—工和刀—屑接觸區，猶如進入一“狹窄的瓶頸”，在這裡，電荷密度和電流密度都驟增，不僅接觸點燒成紅熱，而且在接觸點的氣隙空間還可能產生電火花甚至電弧[2]。這就是導電加熱切削時影響刀具磨損的最本質的因素。在導電加熱切削中，刀具磨損將以熱電磨損、電蝕為主，而機械磨損則會因材料的軟化而有所削弱。
由於熱效應和電腐蝕的共同作用，這就使得刀具的磨損形態亦有所不同。研究結果表明，導電加熱切削刀具的典型磨損形態為主切削刃的“刃帶磨損”[3]。 4．刀具耐用度分析 開展導電加熱切削研究的國內外學者一般都得到如下結論：在一定條件下，導電加熱切削能提高刀具耐用度。例如，加工鈦合金時可提高1～4倍[4]，加工鎳鉻合金冷硬鑄鐵時可提高近14倍[5]。
事實上，只有在加熱能明顯地降低零件材料強度性能，而較小程度軟化刀具材料的情況下，才能顯著提高刀具的耐用度。
有學者指出，在保持最佳切削溫度不變(用降低切削速度的方法)的條件下,加熱熱強合金零件既可能提高刀具耐用度，又可能降低刀具耐用度。在加工熱強合金零件時，只有用相對低的切削速度加工，且切削溫度接近最佳溫度時，用加熱方法才能達到提高刀具耐用度的目的。以等於和高於最佳速度的切削速度加工時，採用加熱方法則會使切削溫度偏離最佳溫度，因而會降低刀具耐用度[6]。例如，導電加熱切削38CrNi3MoVA鋼，在較低切削速度下，可以提高刀具耐用度4～5倍，但當切削速度大於1.8m/s時，導電加熱切削並無優勢，甚至會出現刀具耐用度下降的趨勢。因此，導電加熱切削的刀具耐用度並不總是比傳統切削加工的高。
綜合分析有關研究資料可知，只有在切削高強度、耐熱合金、淬硬體等難加工材料，刀具—工件材料的硬度比比較小時，在一定條件下，導電加熱切削的刀具耐用度才可望大幅度提高。在工件材料可切削加工性較好，刀具—工件硬度比比較大的情況下，或者切削速度較高時，導電加熱切削並不產生明顯效果，由於電熱效應，有時刀具耐用度可能比常規切削加工還要低。 5．刀具材料的選擇 只要刀—工材料的強度、硬度比大於1.4～1.5，刀具就能進行切削。但是切削刀具要能不斷對加工材料進行切削，就必須保持切削刃的形狀不發生改變。這主要與刀具材料和工件材料之間的強度比和硬度比有關。顯然，兩者比值越大，越有利於切削。
試驗表明，刀具材料和工件材料的導熱係數對加熱切削效果有很大影響。在試驗中，發現採用導熱性較好的K類硬質合金刀具作導電加熱切削效果較好，特別是P類的改進型YW
