等離子弧加熱對(duì)陶瓷輔助切削技術(shù)

    等離子弧加熱切削是采用電弧放電，激發(fā)出高能離子，高能離子沖擊工件表面，在沖擊點(diǎn)的局部產(chǎn)生高溫，在材料切削時(shí)改變其切削性。由于離子能量很高，其加熱速度與溫度范圍可與激光加熱相當(dāng)。

    采用等離子加熱輔助切削金屬材料，切削力、刀具磨損有明顯的降低，切削速度和表面粗糙度有明顯提高，成果明顯，理論比較成熟。熱壓高速鋼由于消除了網(wǎng)狀脆性組織，性能有了很大的改善，在加工模具中得到大量應(yīng)用。但由于高硬度，其常規(guī)加工性差，加工成本高。采用等離子加熱輔助切削，其加工性有很大改善。

    等離子加熱輔助切削工程陶瓷進(jìn)行了多種材料的試驗(yàn)：氧化鋁、氧化鋯、氧化硅等。材料的可切削性表現(xiàn)可分為三種：
    (1)切削力隨溫度的升高，先降低，再升高，再降低，材料的切削力在第二次降低時(shí)，發(fā)生由脆性到塑性的轉(zhuǎn)變。如氮化硅，其轉(zhuǎn)變溫度為1050℃。
    (2)切削力隨溫度的升高而升高，直到溫度和切削力引起材料的斷裂，切削性不發(fā)生改變，如氧化鋁。
    (3)切削力隨溫度的升高而不斷降低，在某一溫度時(shí)，材料的切削性發(fā)生轉(zhuǎn)變，加工面的粗糙度得到提高，如氧化鋯。
    等離子體加熱對(duì)陶瓷材料存在一定難度，因?yàn)樘沾晒ぜ粚?dǎo)電無(wú)法直接充當(dāng)陰極，若用非轉(zhuǎn)移弧加熱，熱流密度不夠。非金屬硬脆材料熱敏感性很強(qiáng)，等離子弧會(huì)產(chǎn)生一定的熱沖擊效應(yīng)，使加工質(zhì)量難以保證；等離子弧加熱輔助切削時(shí)加熱點(diǎn)必須與刀具有一定距離，加熱效果難控制。裝甲兵工程學(xué)院田欣利等曾嘗試用輔助電極法將最大電流為100A的等離子弧引出，再用出口處的慣性焰窩對(duì)氧化鋁陶瓷涂層進(jìn)行加熱，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)陶瓷涂層的車削加工，但對(duì)結(jié)構(gòu)陶瓷來(lái)說(shuō)還需大大增加等離子熱源的密度。2006年年初，田欣利、盧芳等使用自行研制的新型水介質(zhì)等離子弧設(shè)備對(duì)氮化硅陶瓷材料進(jìn)行弧焰加熱輔助切削的嘗試，試驗(yàn)得出用等離子弧輔助加熱切削能夠減少切削過(guò)程中的切削力和切削熱，該方法具有一定的可行性。

   等離子發(fā)生器體積較大，其加熱點(diǎn)距切削點(diǎn)需要有一定的距離；等離子的產(chǎn)生是依靠電極的放電，因此工作中電極有燒蝕；等離子在工作中放出有害氣體，使用中要進(jìn)行防護(hù)；等離子加熱對(duì)工作表面吸收率及材料的透光率無(wú)特別要求這是其與激光加熱相比的一大優(yōu)點(diǎn)；另外等離子加熱裝置較激光要便宜許多。
 
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