一种用电脉冲辅助切削渗碳模具钢的方法与流程

　　

　　本发明涉及一种用电脉冲辅助切削高硬度的渗碳模具钢表面的切削工艺，属于模具钢机加工工艺技术领域。

　　背景技术：

　　模具钢是用来制造模具的材料，产品主要包括冷冲模、热锻模、压铸模等，其中还包括一些导柱导套的生产。由于模具的好坏决定着很多工业产品的质量以及新产品的发展潜力，因此模具钢的发展现状可以在一定程度上反映一个国家的工业发展程度和制造水平。

　　在模具制造过程中，很多模具成型后要进行渗碳处理，然后再进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性而内部具有优良的韧性。20cr渗碳钢淬火、低温回火后具有良好的综合力学性能，低温冲击韧性良好，回火脆性不明显。回火后的成型模具有时还需要进行切削加工，由于20cr渗碳钢的表面含碳量较高，硬度非常大，而塑性就比较差，低的塑性使得切削区域与刀具的接触面积较小，切削时对切削刃的压强较大，所以在车削加工的过程中刀具的磨损非常严重，切削后表面光洁度不高，还很容易出现崩刃现象，造成刀具的大量消耗，大大提高了生产加工成本。

　　电脉冲加工是机械加工的重要方法，其原理是在工具电极（紫铜或石墨）和工件之间持续保持很小的放电间隙（几微米到几十微米之间），工件本身充当工件电极，当脉冲电压加到两极之间时，在电场的作用下，在工具电极和工件电极之间产生火花放电，在放电通道中产生10000℃左右瞬时高温，使金属迅速熔化，甚至汽化。每次火花放电后，工件表面就形成一个微小的凹坑，脉冲放电过程连续不断，随着工具电极不断向工件电极的送进，结果工件表面重叠起无数个电蚀的小凹坑，达到对工件表面成形加工的目的。若将工具电极继续进给，直到打穿为止，就成为穿孔加工。目前这种电脉冲加工方法主要用于加工模具的模具孔，无法用于加工模具的表面，特别是模具表面要求较高的光洁度时，电脉冲加工难以达到模具表面的工艺要求。

　　技术实现要素：

　　本发明所要解决的技术问题是提供一种用电脉冲辅助切削渗碳模具钢的方法，这种方法可以有效改进渗碳模具钢的切削性能，解决因渗碳模具钢表面硬度高而造成的切削刀具的磨损严重、切削后表面光洁度不高的问题，并可以提高刀具使用寿命，降低生产成本。

　　解决上述技术问题的技术方案是：

　　一种用电脉冲辅助切削渗碳模具钢的方法，它采用以下步骤进行：

　　a.将砂纸打磨渗碳模具钢工件表面，去除污垢，再用沾湿酒精的医用干净棉花清洗工件，去除工件表面油污；

　　b.将夹持工件两端的夹具分别与高能量脉冲电源相连接，脉冲电流从高能量脉冲电源的正极发出，经过工件两端的夹具和渗碳模具钢工件回到高能量脉冲电源的负极，形成完整的电流回路；

　　c.接通高能量脉冲电源，电流通过工件两端的夹具和渗碳模具钢工件，选用的电脉冲频率为300～600hz，均方根电流密度为0.5～1.1a·mm-2；

　　d.启动机床主电机，夹具带动夹持的渗碳模具钢工件进行转动，移动刀具台，使用刀具对工件进行切削；

　　上述用电脉冲辅助切削渗碳模具钢的方法，所述步骤a中的打磨渗碳模具钢工件表面的砂纸为180目无胶碳化硅砂纸，医用棉花的酒精为含量不少于99.7%的无水乙醇。

　　上述用电脉冲辅助切削渗碳模具钢的方法，所述步骤d中的切削刀具为三菱nx2525，切削深度为0.3mm，进给量为0.1mm/r，切削速度为21m/min。

　　本发明的有益效果是：

　　本发明的切削预处理工序使用砂纸和酒精棉对渗碳模具钢表面进行打磨和清洁，可以最大程度地降低其他因素对切削效果的影响；高能量脉冲电源在整个加工过程中使渗碳模具钢内部始终有稳定电流通过，由于集肤效应，电流会集中在渗碳模具钢工件表面的切削层，脉冲电流可以有效提高渗碳模具钢内部位错的移动，材料的塑性变形能力得到增强，刀具和工件之间的摩擦力降低，刀具切削变得容易，刀具的磨损大大降低，增加了刀具的使用寿命。

　　本发明突破了传统的电脉冲加工的局限性，创造性地将电脉冲运用于渗碳模具钢工件的表面加工中，电脉冲的电流提高了渗碳模具钢工件表面的塑性变形能力，明显改善了渗碳模具钢加工的难度，提高了工件加工表面的光洁度，同时刀具磨损严重的问题也得到了极大改善，大大增加了刀具的使用寿命，最大程度地完成了辅助切削的作用，为利用电脉冲加工工件表面开辟了新的途径。

　　附图说明

　　图1是本发明使用电脉冲辅助切削渗碳模具钢的示意图；

　　图2是本发明与普通切削加工后刀具的磨损量与切削时间的关系曲线图；

　　图3是本发明与普通切削后工件的表面图。

　　图中标记如下：高能量脉冲电源1、夹具2、工件3、刀具4、普通切削工件5、电脉冲辅助切削工件6。

　　具体实施方式

　　本发明是一种用电脉冲辅助切削渗碳模具钢的方法，这种方法可以有效改进渗碳模具钢的切削性能，解决因渗碳模具钢表面硬度高而造成的切削刀片的磨损严重、切削后表面光洁度不高的问题，并可以提高刀片使用寿命，降低生产成本。

　　本发明采用以下步骤进行：

　　第一步，进行切削预处理工作。

　　将砂纸打磨渗碳模具钢工件3表面，去除污垢，打磨渗碳模具钢工件3表面的砂纸为180目无胶碳化硅砂纸。再用沾湿酒精的医用干净棉花清洗工件3，去除工件3表面油污，医用棉花的酒精为含量不少于99.7%的无水乙醇。使用砂纸和酒精棉对渗碳模具钢工件3表面进行打磨和清洁，可以最大程度地降低其他因素对切削效果的影响；

　　第二步，脉冲电源准备。

　　将夹持工件3两端的夹具2分别与高能量脉冲电源1相连接，脉冲电流从高能量脉冲电源1的正极发出，经过工件3两端的夹具2和渗碳模具钢工件3回到高能量脉冲电源1的负极，形成完整的电流回路。

　　第三步，接通脉冲电源。

　　接通高能量脉冲电源1，电流通过工件3两端的夹具2和渗碳模具钢工件3，选用的电脉冲频率为300～600hz，均方根电流密度为0.5～1.1a·mm-2。高能量脉冲电源1在整个加工过程中使渗碳模具钢工件3内部始终有稳定电流通过，由于集肤效应，电流会集中在渗碳模具钢工件3表面的切削层，脉冲电流可以有效提高渗碳模具钢内部位错的移动，材料的塑性变形能力得到增强，刀具4和工件3之间的摩擦力降低，刀具4切削变得容易，刀具4的磨损大大降低，增加了刀具4的使用寿命。

　　第四步，切削工件3。

　　启动机床主电机，夹具2带动夹持的渗碳模具钢工件3进行转动，移动刀具台，使用刀具4对工件3进行切削。切削刀具4为三菱nx2525，切削深度为0.3mm，进给量为0.1mm/r，切削速度为21m/min。

　　图1显示，高能量脉冲电源1分别与夹持工件3两端的夹具2相连接，脉冲电流从高能量脉冲电源1的正极发出，经过工件3两端的夹具2和渗碳模具钢工件3回到高能量脉冲电源1的负极，形成完整的电流回路。

　　图2显示，在相同的切削时间内，电脉冲可以有效降低刀具4的磨损，同样是0.1mm的磨损量，电脉冲辅助切削所用的时间要比普通无电脉冲辅助切削多出大约50s。

　　图3显示，通过电脉冲辅助切削工件6表面与普通切削工件5表面比较，电脉冲辅助切削加工可以有效地降低工件表面粗糙度，改善工件表面质量。

　　以下是本发明的几个实施例参数，实施例加工的工件材质为20cr渗碳模具钢。

　　表1：电脉冲切削20cr渗碳模具钢工件参数