用于在工件加工区上的协调能量的方法和设备技术

本发明专利技术涉及加工工件。在本发明专利技术中，选择一对工件和工具材料，并且利用工具加工工件材料。在加工的同时，存在向工作区、工件和工具触点提供外部、带电气体介质的步骤。气体介质的形成的带电极性取决于所选择的一对工件和工具材料，以协调它们在加工期间在工作区、工件和工具中的产生的内部热能和电荷、焓水平和电化学反应。化学反应。化学反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在工件加工区上的协调能量的方法和设备


[0001]本专利技术涉及加工工件。特别地，本专利技术涉及协调工件加工区上的能量。

技术介绍

[0002]金属切削工艺的现代目标是提高多种加工操作的生产率。唯一可行的选项是通过提高切削速度来提高生产率。然而，已知的是，这种切削速度的提高产生了提高的切削温度和工具磨损以及其他关键特征。
[0003]如今，在金属切削中有一些新的挑战：a)具有高级属性的特种合金的使用的增加以及对已加工零件的质量要求的显著加强、b)与日俱增的全球竞争、c)生态改善的环境要求。因此，全球金属切削行业需要新的解决方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目标是提供一种加工工件的替代方式。该目标借助于独立权利要求来实现。从属权利要求说明了本专利技术的不同实施方式。
[0005]一种用于加工工件材料的专利技术方法包括选择一对工件和工具材料并且利用工具来加工工件材料的步骤。在加工的同时，存在向工作区、工件和工具触点提供外部、带电气体介质的步骤。气体介质的形成的带电极性取决于所选择的一对工件和工具材料，以协调它们在加工期间在工作区、工件和工具中的所产生的内部热能和电荷、焓水平和电化学反应。
附图说明
[0006]在下文中，参考附图详细描述了本专利技术，其中，
[0007]图1图示了热能产生的来源，
[0008]图2图示了电动势方法的原理，
[0009]图3和图4图示了工作区的基本配置，其中气体介质渗透到所有区中，
[0010]图5a、图5b、图5c图示了不同的中和机制，
[0011]图6图示了中和电流的示例，
[0012]图7图示了平均离子密度与输入压力的示例，
[0013]图8图示了不同设定压力下的温度，
[0014]图9图示了在不同的切削速度的情况下用碳钢的切削测试设定的测试结果的示例，以及
[0015]图10至图14图示了不同的切削测试结果。
具体实施方式
[0016]数十年来已经用许多不同的理论和模型研究了切削速度、热量产生与工具寿命之间的最知名相关性。所产生的热量、热能分布是主要课题之一，其在工件、切屑和工具中创
建温度场。热能产生有三个来源：I.切变和变形区，其中被切削的层逐渐转变为切屑、II.工具
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切屑界面，其中切屑在工具前刀面上滑动、以及III.工具
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工件界面，其中已加工表面在工具后刀面的小区域上滑动。这些来源示意性地在图1中示出。
[0017]最强的热能产生是在切变/变形区引起的，占65％
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90％，并且热能的10％
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35％是由于工具
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切屑和工具
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工件界面上的摩擦而产生的。在不同钢的加工中，总热能的大约75％
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90％是由于塑性变形而产生的。然而，最高温度典型地是在工具
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切屑界面处达到的，在断裂切削刃的前面的温度是通过热平流降低的。
[0018]所达到的温度(热能，放热与吸热的平衡)可以由例如电动势(emf)来表征。存在不同的方法和理论，诸如由异种金属的结造成的塞贝克电动势(Seebeck emf)、由电路中的电流流动造成的珀尔帖电动势(Peltier emf)以及由已连接材料中的温度梯度引起的汤姆逊电动势(Thomson emf)。塞贝克电动势取决于结温，这对于由大多数普通金属形成的任何结都是已知的，并且因此，如果所产生的电动势是经过仔细测量的，则异种金属的结可以用于测量温度。表1示出了一些常用材料的热电动势。
[0019][0020]注意，参考结在0℃，终端结在100℃
[0021]表1
[0022]表中呈现了一些常用金属和合金连同铂的热电动势，单位为绝对毫伏。
[0023]图2示出了电动势方法的原理。因为工具和工件材料正常是不同的，它们在工具
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切屑和工具
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工件界面处的触点形成了工具
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工件热电偶的热结。该热电偶的分量与机器和卡具绝缘，以消除输出信号中的噪声。该输出信号是电动势电压，被放大并且然后被馈入到插在计算机中的数据采集板以用于进一步分析。
[0024]加工基于许多技术。然而，总有材料相关原子、分子和离子被涉及到，其中，工件与工具之间的机电、摩擦电、电化学过程都是积极参与的。在加工过程中，特别是在金属切削中，工件典型地正在失去电子。在原子水平下，切削工件致使电过程发生，其中价电子随着切削工具向前推动而离开工件材料的原子，从而在工件中形成了带电区，该带电区削弱了工件强度并且最终使它们作为切削切屑被去除。这种类型的过程是在变形区中实现的，在变形区中，产生了热能的大部分。原子正在工具附近失去电子并且形成正电势(阳离子)，这要求特定电离能级，这是给材料充电所需要的。这种充电过程在材料切削中是关键的，并且在工件中的离子之间的所得的排斥力致使它们从工件材料中去除。在不同的材料中已经表
征了其特定电离能级。因此，变形区的这一区可以被称为电离区。
[0025]这种电离过程在金属切削中是关键的，以便继续这种重复充电。所要求的电离能级取决于所利用的一对材料、工件和工具，它们主要限定所要求的电离能、去除或添加原子电子的力。在金属切削的情况下，原子典型地正在失去电子。取决于电化学过程，它可以是放热的或吸热的，其中热能被释放或吸收。
[0026]电化学反应的必要条件是反应分量的原子、分子和离子与材料表面的碰撞。当切削金属时，原子、分子和离子处于类气体状态，并且金属表面处于弹塑性阶段，它们之间的电化学活性反应是可能的。直接和逆向电化学反应水平的差异越小，需要的能量活化(电离能)就越少。因此，重要的是优化电化学反应的平衡(也就是放热和吸热平衡)，以最小化所要求的活化能，该活化能对于切削力、热分布、弹性和塑性变形具有直接影响。
[0027]在工件和工具之间的接触表面上出现快速变化的电势。因此，上述热电偶现象可以分为两个分量：一个常数和另一个变量。恒定分量取决于热电张力，并且可变分量表征来自具有摩擦的正在接触的表面的热电过程。热电电流大于热电子电流，并且由于这个原因，经常在测量切削工具刃的平均温度时使用热电电流(参考塞贝克)，并且对热电子电流的研究较少。一些现有技术解决方案通过在工具插入件上馈送电压电平
[0028]并且在切削区上造成极性效应来利用外部电源。这种解决方案对加工有一定的影响。然而，这种办法不适合在实际的工业机械中使用，因为向工业机械供电的挑战造成大量令人不安的电干扰。还呈现了在金属切削中利用电离空气的另一种办法，其中呈现了基本试验。然而，没有公开极性与所选择的工件和工具材料之间的关键事实，这是热电子电流、内部电荷控制、中和以及离子键合的核心课题。因此，缺乏对提供可靠的功能方法以控制和优化加工中的机电和电化学相关反应的理解。
[0029]基于以上对加工和切削中的活化能和内部电荷(热电子、热电等)的描述，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于加工工件材料的方法，所述方法包括：
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选择一对工件和工具材料，
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利用所述工具加工所述工件材料；其特征在于，并且在加工的同时：
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向工作区、工件和工具触点提供外部、带电气体介质；其中，气体介质的形成的带电极性取决于所选择的一对工件和工具材料，以协调所选择的一对工件和工具材料在加工期间在所述工作区、工件和工具中的所产生的内部热能和电荷、焓水平和电化学反应。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述带电气体介质是电离通量的流。3.根据权利要求1和2所述的方法，其中，电离通量是空气、氮气、氩气或其他气体介质，取决于所选择的一对工件和工具材料。4.根据权利要求1至3所述的方法，其中，所述带电气体介质具有低于或高于0℃的温度，取决于所选择的一对工件和工具材料。5.根据权利要求1和2所述的方法，其中，电离通量是由电晕AC/DC或阿尔法电离、碰撞或光电离或静电喷涂产生的。6.根据权利要求1和2所述的方法，其中，所述气体介质具有正极性或负极性或双极性，取决于所选择的一对工件和工具材料。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述带电气体介质通过在所述工作区、工件和工具材料上的离子中和、复合和离子键合来协调内部热能和电荷、焓水平...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡里，
申请(专利权)人：奥伊艾斯生态冷却工程有限公司，
类型：发明
国别省市：