等離子弧加熱對陶瓷輔助切削技術

    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，在沖擊點的局部產生高溫，在材料切削時改變其切削性。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。

    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行了多種材料的試驗：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，發(fā)生由脆性到塑性的轉變。如氮化硅，其轉變溫度為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，材料的切削性發(fā)生轉變，加工面的粗糙度得到提高，如氧化鋯。
    等離子體加熱對陶瓷材料存在一定難度，因為陶瓷工件不導電無法直接充當陰極，若用非轉移弧加熱，熱流密度不夠。非金屬硬脆材料熱敏感性很強，等離子弧會產生一定的熱沖擊效應，使加工質量難以保證；等離子弧加熱輔助切削時加熱點必須與刀具有一定距離，加熱效果難控制。裝甲兵工程學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氧化鋁陶瓷涂層進行加熱，能夠實現(xiàn)對陶瓷涂層的車削加工，但對結構陶瓷來說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等離子弧設備對氮化硅陶瓷材料進行弧焰加熱輔助切削的嘗試，試驗得出用等離子弧輔助加熱切削能夠減少切削過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，其加熱點距切削點需要有一定的距離；等離子的產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，使用中要進行防護；等離子加熱對工作表面吸收率及材料的透光率無特別要求這是其與激光加熱相比的一大優(yōu)點；另外等離子加熱裝置較激光要便宜許多。
 
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