1．引言
导电加热切削是一种加工机理*的非传统切削加工方法，其刀具磨损有着与传统切削加工方法*不同的磨损形态和磨损规律。这是由导电加热切削的加工机理和摩擦机理决定的。研究导电加热切削的刀具磨损特性以及刀具的使用性能，对于加速导电加热切削技术的实用化进程具有一定的现实意义。
2．切削试验
试验条件如下：
机床：CM6140 精密车床
材料：45钢，调质；38CrNi3MoVA，调质
刀具：YG8、YT5、YT15、YW1、CN25硬质合金机夹可转位式车刀及焊接整体式车刀
电源：大功率IGBT高频逆变开关电源
测量仪器：扫描电镜（S-550）；读数显微镜（40×）
试验采用常规的标准试验方法，即在车床上作外圆车削试验。切削速度选择在0.3m/s左右，在获得与高速不导电切削相同形态的切屑（带状、兰色）和相近表面粗糙度（Ra1.25～3.20μm）的工件表面的前提下，用各种型号的刀具，在不同的切削条件下进行导电加热切削，并与常规切削进行比较。
3．刀具磨损特性
*，在传统切削加工中，刀具磨损一般是以机械磨损为主，佐之以扩散、氧化磨损等，刀具的磨损形态为“月牙洼”磨损。切削速度是影响刀具耐用度的zui主要因素。通常提高切削速度，耐用度就降低，磨损量就增加［1］。
导电加热切削通常是在低速下进行切削加工的，按理应有较小的磨损量。但是，导电加热切削时，必须施加较大的低压电流对切削微区进行加热，以软化工件金属材料。并且，导电加热切削是依靠刀—工紧密接触传导电流的。当电流进入切削微区，尤其是刀—工和刀—屑接触区，犹如进入一“狭窄的瓶颈”，在这里，电荷密度和电流密度都骤增，不仅接触点烧成红热，而且在接触点的气隙空间还可能产生电火花甚至电弧［2］。这就是导电加热切削时影响刀具磨损的zui本质的因素。在导电加热切削中，刀具磨损将以热电磨损、电蚀为主，而机械磨损则会因材料的软化而有所削弱。
由于热效应和电腐蚀的共同作用，这就使得刀具的磨损形态亦有所不同。研究结果表明，导电加热切削刀具的典型磨损形态为主切削刃的“刃带磨损”［3］。
4．刀具耐用度分析
开展导电加热切削研究的国内外学者一般都得到如下结论：在一定条件下，导电加热切削能提高刀具耐用度。例如，加工钛合金时可提高1～4倍［4］，加工镍铬合金冷硬铸铁时可提高近14倍［5］。
事实上，只有在加热能明显地降低零件材料强度性能，而较小程度软化刀具材料的情况下，才能显著提高刀具的耐用度。
有学者指出，在保持*切削温度不变（用降低切削速度的方法）的条件下,加热热强合金零件既可能提高刀具耐用度，又可能降低刀具耐用度。在加工热强合金零件时，只有用相对低的切削速度加工，且切削温度接近*温度时，用加热方法才能达到提高刀具耐用度的目的。以等于和高于*速度的切削速度加工时，采用加热方法则会使切削温度偏离*温度，因而会降低刀具耐用度［6］。例如，导电加热切削38CrNi3MoVA钢，在较低切削速度下，可以提高刀具耐用度4～5倍，但当切削速度大于1.8m/s时，导电加热切削并无优势，甚至会出现刀具耐用度下降的趋势。因此，导电加热切削的刀具耐用度并不总是比传统切削加工的高。
综合分析有关研究资料可知，只有在切削高强度、耐热合金、淬硬件等难加工材料，刀具—工件材料的硬度比比较小时，在一定条件下，导电加热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较好，刀具—工件硬度比比较大的情况下，或者切削速度较高时，导电加热切削并不产生明显效果，由于电热效应，有时刀具耐用度可能比常规切削加工还要低。
5．刀具材料的选择
只要刀—工材料的强度、硬度比大于1.4～1.5，刀具就能进行切削。但是切削刀具要能不断对加工材料进行切削，就必须保持切削刃的形状不发生改变。这主要与刀具材料和工件材料之间的强度比和硬度比有关。显然，两者比值越大，越有利于切削。
试验表明，刀具材料和工件材料的导热系数对加热切削效果有很大影响。在试验中，发现采用导热性较好的K类硬质合金刀具作导电加热切削效果较好，特别是P 类的改进型YW1刀具，具有较高的刀具耐用度，YW2基涂层刀片CN25也具有相当高的刀具耐用度。工件材料则以导热系数小些为佳，可使加热效率提高，相对刀具耐用度也有所提高（通常金属材料的导热系数的排序为：碳钢＞合金结构＞工具钢＞耐热钢＞不锈钢）。
6．刀具结构及几何参数的选择
硬质合金刀片经高温焊接以及刃磨之后，硬度有所下降，多次受热应力的作用还会发生微观裂纹，从而降低了刀具耐用度。试验表明，导电加热切削的刀具结构应采用机夹不重磨刀具为好，切削条件相同时，通常焊接整体式刀具比机夹不重磨刀具磨损量要大。
为了保证在切削过程中刀—工之间紧密接触，电流传导顺畅，避免产生电弧，减轻电蚀，在考虑刀具几何参数时：（1） 应使刀具承受一定的径向分力，主偏角应小于90°，一般以45°～75°为宜；（2） 由于工件材料受热软化，切削力减小，刀具强度已显得不是zui突出的了，为了防止因切削振动等引起刀具弹回，应适当增大后角，尽量保持刀刃有一定的锋利程度； （3） 为了保证刀具有足够的强度和足够的传热体积，增大切削刃的耐磨性，提高刀具耐用度，通常应根据进给量的大小，保证切削刃有0.2～0.5mm的棱边。
7．结论
（1）导电加热切削由于刀—工和刀—屑接触区受低压大电流和高温的强烈作用，导电加热切削刀具的磨损形态和磨擦机理*。
（2）刀具磨损程度不仅与接触应力、切削温度、连续作用时间有关，而且与切削用量和切削条件对加热电流的适应匹配有关。
（3）导电加热切削能提高刀具耐用度，这只有在切削速度较低，刀具—工件材料的强度和硬度比比较小、加热能明显降低零件材料强度性能而较小程度软化刀具材料时，才能产生明显效果。
（4）导电加热切削时，刀具材料的导热系数对刀具的耐用度影响很大。试验表明，YW类刀具较为适合导电加热切削；为了避免产生电弧，选择刀具几何参数时，既要考虑尽量保持切削刃的锋利，又要考虑使刀具在切削过程中承受一定的径向压力。
加速导电加热切削技术的实际应用研究
2008年09月17日 14:57:05关键词：刀具磨损,导电加热切削
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