電火花加工模具鋼表面粗糙度與硬度、鋼材及脈沖寬度關系的研究

電火花加工模具鋼表面粗糙度與硬度、鋼材及脈沖寬度關系的研究電火花加工模具鋼表面粗糙度與硬度、鋼材及脈沖寬度關系的實驗研究周松，劉雨嘉，何小磊，郝宇，趙明飛（南京農(nóng)業(yè)大學工學院，江蘇南京210031）摘要電火花加工的表面粗糙值直接影響工件的使用性能，如耐磨性、配合性能、接觸剛度、疲勞強度和耐腐蝕性等。電火花加工粗糙度值的影響因素可分為電參數(shù)和非電參數(shù)兩大類，電規(guī)準中對表面粗糙度影響較為顯著的是脈沖寬度，工件材料的性質也會對加工表面粗糙度產(chǎn)生影響。關鍵詞粗糙度；脈沖寬度；硬度0引言隨著制造業(yè)中產(chǎn)品的精度、表面質量、耐磨性等要求越來越嚴格，各相關領域對模具的制造提出了高精度、高硬度、高耐磨性和高耐腐蝕性的要求1。因模具制造中使用的材料難加工，且工件形狀復雜，使得常規(guī)機械加工方法難以實現(xiàn)。而電火花加工主要依靠放電產(chǎn)生的熱能使工件材料熔化、氣化，進而從工件基體上去除多余材料，適宜應用該方法進行特殊及復雜模具的成型加工2,3。電火花加工的表面粗糙值直接影響工件的使用性能，如耐磨性、配合性能、接觸剛度、疲勞強度和耐腐蝕性等。電火花加工粗糙度值的影響因素可分為電參數(shù)和非電參數(shù)兩大類4。1電火花加工規(guī)律單個脈沖的能量是對電火花加工表面粗糙度影響最大的因素，表面粗糙度與脈沖能量之間的關系，一般可用如下經(jīng)驗公式來表示0304RMAXKRTEIE1RMAX實測的表面粗糙度；KR與工具電極材料和工件材料有關的常數(shù)；TE形成一次放電通道的持續(xù)時間；IE峰值電流5。電火花加工中電規(guī)準的變量及取值很多，根據(jù)式（1）可知，所有電規(guī)準中對表面粗糙度影響較為顯著的是脈沖寬度，因此以脈沖寬度為變量之一設計實驗。從理論上分析，工件材料的性質也會對加工表面粗糙度產(chǎn)生影響，故本實驗還主要討論不同材料在不同硬度下經(jīng)電火花加工后表面粗糙度情況。2電火花加工實驗21實驗條件211熱處理實驗條件對三種不同的模具鋼（T8、45鋼、60SI2MN）采用不同的熱處理方案進行熱處理，獲得不同硬度的試樣。熱處理方案如下T8鋼條件1淬火加熱溫度800820OC，介質柴油，冷卻到2040OC，硬度6068HRC；回火溫度500OC，得到的組織為回火索氏體；條件2淬火加熱溫度800820OC，介質柴油，冷卻到2040OC，硬度6068HRC；回火溫度200OC，得到的組織為回火馬氏體；條件3淬火加熱溫度800820OC，介質柴油，冷卻到2040OC，硬度6068HRC；回火溫度350OC，得到的組織為回火馬氏體；45鋼條件1淬火加熱溫度840OC，介質柴油，冷卻到2040OC，硬度59HRC；回火溫度500OC，得到的組織為回火索氏體；條件2淬火加熱溫度840OC，介質柴油，冷卻到2040OC，硬度59HRC；回火溫度210OC，得到的組織為回火馬氏體；條件3淬火加熱溫度840OC，介質柴油，冷卻到2040OC，硬度59HRC；回火溫度350OC，得到的組織為回火馬氏體；60SI2MN鋼條件1淬火加熱溫度870OC，介質柴油，冷卻到2040OC，硬度61HRC；回火溫度500OC，得到的組織為回火索氏體；條件2淬火加熱溫度870OC，介質柴油，冷卻到2040OC，硬度61HRC；回火溫度253OC，得到的組織為回火馬氏體；條件3淬火加熱溫度870OC，介質柴油，冷卻到2040OC，硬度61HRC；回火溫度354OC，得到的組織為回火馬氏體。得到表1所示的組織及硬度。212電火花加工實驗條件本實驗研究主要針對模具鋼加工的表面粗糙度進行實驗設計,電火花工藝實驗的條件如表2。表222電火花實驗電火花加工中電規(guī)準的變量及取值很多，根據(jù)式1可知，所有電規(guī)準中脈沖寬度對表面粗糙度與加工效率影響是十分顯著的，本實驗主要討論硬度、材料及脈沖寬度對電火花加工后工件粗糙的的影響。采用表3中列出的電規(guī)準進行單因子變量實驗。表3221脈寬、硬度及材料與表面粗糙度的關系我們國家電火花加工表面粗糙度，用RA表示6，表面粗糙度的測量方法基本上可分為接觸式測量和非接觸式測量兩類7，本實驗采用接觸式測量法中的觸針法8，這種測量方法的儀器穩(wěn)定性好、示數(shù)客觀可靠，其垂直分辨力最高可達到幾納米。使用表面粗糙度檢查儀測量型腔底面粗糙度，手動操作，測量時每個工件測3點取其平均值。在不同的脈沖寬度條件下，改變材料及硬度，對材料進行表面粗糙度實驗，得到材料的表面粗糙度曲線。如圖1為脈沖寬度為250T/S條件下三種鋼材不同硬度下的粗糙的曲線。Y粗糙度RAX硬度HRC圖1如圖2為脈沖寬度為400T/S條件下三種鋼材不同硬度下的粗糙的曲線。T8Y粗糙度RAX硬度HRC圖2如圖為3脈沖寬度為550T/S條件下三種鋼材不同硬度下的粗糙的曲線。Y粗糙度RAX硬度HRC圖3如圖4為T8鋼在改變脈沖寬度的條件下，不同硬度的試樣電火花加工后粗糙度曲線。Y粗糙度RAX脈沖寬度T/M圖4如圖5為45鋼在改變脈沖寬度的條件下，不同硬度的試樣電火花加工后粗糙度曲線。45Y粗糙度RAX脈沖寬度T/S圖5如圖6為60SI2MN鋼在改變脈沖寬度的條件下，不同硬度的試樣電火花加工后粗糙度曲線。Y粗糙度RAX脈沖寬度T/S圖6如圖7為熱處理后組織相似為回火索氏體、硬度相近條件下改變脈沖寬度條件下，不同鋼材的試樣電火花加工后粗糙度曲線。Y粗糙度RAX脈沖寬度T/S圖7如圖8為熱處理后組織相似為回火馬氏體（高溫回火）、硬度相近條件下改變脈沖寬度條件下，不同鋼材的試樣電火花加工后粗糙度曲線。Y粗糙度RAX脈沖寬度T/S圖8如圖9為熱處理后組織相似為回火馬氏體（低溫回火）、硬度相近條件下改變脈沖寬度條件下，不同鋼材的試樣電火花加工后粗糙度曲線。Y粗糙度RAX脈沖寬度T/S圖93結論（1）如圖1可得，在脈沖寬度為250T/S條件下，T8鋼表面粗糙值隨硬度值的變大呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢；60SI2MN鋼呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢；而45鋼呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。（2）如圖2可得，在脈沖寬度為400T/S條件下，T8鋼表面粗糙值隨硬度值的變大呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢；60SI2MN鋼呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢；45鋼呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢。（3）如圖3可得，在脈沖寬度為550T/S條件下，T8鋼表面粗糙值隨硬度值的變大呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢；60SI2MN鋼呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢；45鋼呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。（4）如圖4可得，T8鋼，硬度為38HRC試樣隨脈沖寬度的增大粗糙度值呈現(xiàn)逐漸下降趨勢；硬度為57HRC試樣呈現(xiàn)先升高后下降趨勢；而硬度為62HRC試樣呈現(xiàn)逐漸下降趨勢。（5）如圖5可得，45鋼，硬度為31HRC試樣隨脈沖寬度的增大粗糙度值呈現(xiàn)先升高后下降趨勢；硬度為49HRC試樣呈現(xiàn)先升高后下降趨勢；硬度為56HRC試樣呈現(xiàn)先下降后升高趨勢。（6）如圖6可得，60SI2MN鋼，硬度為43HRC試樣隨脈沖寬度的增大粗糙度值呈現(xiàn)先下降后升高趨勢，但變化不明顯較為平緩；硬度為58HRC試樣呈現(xiàn)逐漸下降趨勢；硬度為61HRC試樣呈現(xiàn)先升高后下降趨勢。（7）如圖7可得，試樣為回火索氏體條件下，T8鋼隨脈沖寬度的增大粗糙度值呈現(xiàn)逐漸下降趨勢；60SI2MN鋼呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢，但變化不明顯較為平緩；45號鋼呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。（8）如圖8可得，試樣為高溫回火馬氏體條件下，T8鋼隨脈沖寬度的增大粗糙度值呈現(xiàn)逐漸下降趨勢；60SI2MN鋼呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢；45鋼呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢。（9）如圖9可得，試樣為低溫回火馬氏體條件下，T8鋼隨脈沖寬度的增大粗糙度值呈現(xiàn)先升高后下降趨勢；60SI2MN鋼呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢；45鋼呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，但變化不明顯較為平緩。參考文獻1劉毅克，鄒靜硬質合金模具放電加工工藝參數(shù)探討J輕金屬，2000751532王志峰，何彬，王維軍硬質合金模型腔的電火花加工J模具制造，2003，19248503劉晉春，白基成，郭永豐特種加工M5版北京機械工業(yè)出版社，200834寇元哲，葉亮影響電火花加工表面粗糙度值的影響因素J模具制造，2012784865何云硬質合金電火花加工效率研究J硬質合金，1998，15112