淺談提高超硬刀具材料線(xiàn)切割加工效率的途徑

孫繼升

摘 要：切削加工技術(shù)在社會(huì)發(fā)展的過(guò)程中有了非常明顯的改進(jìn)和完善，同時(shí)各種新型的切削技術(shù)也在加工中得到了非常廣泛的應(yīng)用，也正是因?yàn)檫@些技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)床設(shè)備的積極作用才能得到全面的展現(xiàn)。本文主要分析了提高超硬刀具材料線(xiàn)切割加工效率的途徑，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：超硬刀具材料；切割加工；效率

中圖分類(lèi)號(hào)：TG714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

最近幾年，在零件加工行業(yè)出現(xiàn)了各種各樣的新型刀具材料，在這些材料當(dāng)中，超硬刀具材料有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)，其具備非常優(yōu)秀的切削性能，加工速度也非常快，所以得到了非常廣泛的關(guān)注，這種材料在制作刀具的時(shí)候被當(dāng)做是一個(gè)非常先進(jìn)的材料。但是這類(lèi)刀具因?yàn)橛衅渥陨淼奶匦允沟们邢骷庸さ男适艿搅艘欢ǖ挠绊懀@也是我們需要注意的。

1 影響線(xiàn)切割加工效率的因素

1.1 高頻脈沖電源的電參數(shù)。放電加工的效率實(shí)際上是單個(gè)脈沖放電效果的累積，工件的蝕除速度v與單個(gè)脈沖的能量、脈沖電源的頻率有如下關(guān)系：v=KWfΨ。式中：K為工藝系數(shù)；W為單個(gè)脈沖的能量；f為脈沖頻率，f=1/T；Ψ為有效脈沖利用率。單個(gè)脈沖放電的能量取決于放電電壓、放電電流和放電的持續(xù)時(shí)間，所以單個(gè)脈沖的放電能量為：W=K′ITon。式中：K′為工藝系數(shù)；I為脈沖峰值電流，A；Ton為脈沖寬度，Ls。所以，提高電火花加工效率的一個(gè)非常重要的方法就是要不斷的也提高脈沖的頻率，拓寬脈沖的實(shí)際寬度，不斷的提升放電的電流，采取有效的措施減小脈沖之間的間隔，這樣也就可以很好的提高單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的脈沖個(gè)數(shù)。但是在生產(chǎn)的過(guò)程中，一定要充分的考慮到上述因素之間所存在的影響對(duì)于整個(gè)工藝指標(biāo)所構(gòu)成的影響，只有這樣才能更好的保證加工的質(zhì)量和效率。

1.2 被加工材料的熱力學(xué)性質(zhì)。被加工材料的熱力學(xué)性質(zhì)有很多，比如熔點(diǎn)、導(dǎo)熱率、比熱容等，每一次脈沖在放電的過(guò)程中，放電通道的正負(fù)極會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)就獲得巨大的熱量，這些熱能因?yàn)闊崃鲗?dǎo)的作用分散在了工作液或者是其他的工作部件，其他的能量會(huì)使得電機(jī)出現(xiàn)熔融和汽化等過(guò)程，同時(shí)形成了過(guò)熱蒸汽面而拋出，在脈沖的放電量完全相同的條件下，被加工材料的熔點(diǎn)越低，其加工中的障礙也就越多，切割加工的效率也就受到了十分不利的影響，此外，如果材料的導(dǎo)熱率較大，因?yàn)楫a(chǎn)生的熱量會(huì)在很短的時(shí)間之內(nèi)就分散到了其他部分，所以切割加工難度也大大增加。

1.3 工作介質(zhì)的特性。在電火花加工的時(shí)候，工作也主要是起到了絕緣、壓縮放電通道以及冷卻的作用，如果電介質(zhì)具有良好的性能，此外工作液的密度也比較大的情況下就會(huì)對(duì)放電通道的壓縮起到非常積極的作用。

2 超硬刀具材料的組織結(jié)構(gòu)和物理特性

材料組織結(jié)構(gòu)，超硬刀具材料如果按照制造制造方法可以分成兩種類(lèi)型，一種是聚晶類(lèi)，一種是氣相沉積類(lèi)，PCBN和PCD復(fù)合片在制造的過(guò)程中主要采用的是粉末冶金的方式，在制作中通常是將人工金剛石抑或是CBN材料粉末采用粘結(jié)劑材料進(jìn)行充分的攪拌，在經(jīng)過(guò)高溫和高壓的煅燒處理之后制成的，金相組織主要呈現(xiàn)出了團(tuán)塊狀的特征。CVD復(fù)合片主要是氣相沉積的方法去完成所有的制造環(huán)節(jié)，在基體材料當(dāng)中主要選擇的是金剛石厚膜，它在結(jié)構(gòu)上比較類(lèi)似于單晶金剛石。材料的熱力學(xué)特性。超硬刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)高，一般約為鋼材的幾倍到十幾倍，遠(yuǎn)比一般刀具材料大，因此放電加工中因熱量傳導(dǎo)而致的能量損失不容忽視。

3 線(xiàn)切割加工效率低的主要原因

當(dāng)前已經(jīng)得到了十分廣泛應(yīng)用的高頻脈沖電源主要是針對(duì)普通的加工材料展開(kāi)設(shè)計(jì)工作的，它的電參數(shù)也就決定了放電脈沖能量會(huì)受到非常明顯的限制，對(duì)于超硬刀具材料的切割加工而言，因?yàn)椴牧媳旧砭途邆浞浅ｏ@著的特征，對(duì)于火花放電的能量和放電的具體形式提出了較為嚴(yán)格的要求。其要具備非常豐富的放電能量，所以，現(xiàn)有的高頻脈沖電源加工已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足超硬刀具切割加工的實(shí)際需求，這也是使得切割加工效率一直得不到改善的一個(gè)重要的因素。在中段的原因當(dāng)中，最為關(guān)鍵的原因還是高頻電源自身的放電能力已經(jīng)不能滿(mǎn)足潮涌刀具切割加工的需要，這從加工中，電流數(shù)值較小，放電火花出現(xiàn)了暗紅色的現(xiàn)象就可以充分的得到佐證，放電能量不足之所以會(huì)出現(xiàn)有可能是因?yàn)殡娫措妷旱臄?shù)值相對(duì)較低，還有可能是因?yàn)榉烹婋娏魇艿讲牧咸匦缘挠绊懚霈F(xiàn)了非常嚴(yán)重的壓降現(xiàn)象，這樣也就使得放電電壓數(shù)值過(guò)小。因此，采用傳統(tǒng)的線(xiàn)切割機(jī)來(lái)完成超硬刀具材料的加工是十分困難的，甚至是完全不可能的。

4 提高加工效率的途徑

4.1 提高高頻電源的輸出脈沖電壓幅值。如果可以采取有效的措施不斷的增強(qiáng)高頻電源輸出脈沖的電壓幅值，在加工的過(guò)程中就能夠?qū)Ψ烹婋娏骷右钥刂疲瑥亩鴾p少電壓損失，保證放電間隙的放電電壓數(shù)值，在實(shí)際的處理中，功率電子器件的性能與質(zhì)量也可能會(huì)對(duì)刀具的性能構(gòu)成非常明顯的影響。

4.2 減小高頻電源的內(nèi)阻，采用脈沖前沿陡峭的波形。采用這種方式可以十分有效的減少在超硬材料上所產(chǎn)生的熱損失。陡峭脈沖前沿可以使得電機(jī)穿過(guò)程中所產(chǎn)生的爆破力大大的提升，從而也就使得電蝕物清除更加徹底，這對(duì)加工精度的控制也有著十分積極的作用。

4.3 采用較大的脈沖寬度和較小的脈沖間隔。如果脈沖的寬度不斷的增加，就可以使得放電的電流不斷的升高，這樣也就使得單位脈沖的能量大大增加，超硬刀具材料自身的厚度并不是很大，這一特性使得加工時(shí)工作介質(zhì)的循環(huán)十分便利，減少了電蝕現(xiàn)象所產(chǎn)生的不利影響，此外也能改善其運(yùn)行的質(zhì)量。

4.4 選用介電系數(shù)較高的工作介質(zhì)。這種方式可以使得脈沖提高之后材料的絕緣性明顯提升，此外也能使輸出能量密度大大提升，改善的實(shí)際質(zhì)量和效果，這樣也就使得加工的效率和質(zhì)量都得到顯著的提升。另外，還需要在電極絲可以承受的工作電流條件下開(kāi)展試驗(yàn)工作，對(duì)不同的工藝參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，電參數(shù)對(duì)線(xiàn)切割加工的效果和質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生十分明顯的影響，因此我們需要探究最佳的工藝參數(shù)。

結(jié)語(yǔ)

在使用超硬刀具材料進(jìn)行切線(xiàn)加工的時(shí)候，很多因素都會(huì)對(duì)加工的效率產(chǎn)生十分重大的影響，因此，我們需要對(duì)其影響因素進(jìn)行全面的分析，之后采取有針對(duì)性的措施對(duì)切割加工的效率加以提升，只有這樣，才能更好的保證加工的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣林森.超硬刀具在現(xiàn)代加工技術(shù)中的地位和作用[J].超硬材料工程，2005（02）.