大面積下混粉電火花加工表面粗糙度的研究

大面積下混粉電火花加工表面粗糙度的研究

一、等微粉碎電火花加工大面積混合粉末的圖紙加工是近幾十年來國際首次提出的一項新技術。通過在工作液中添加一定濃度的導電硅、鋁等微粉末，改變電火花的放電狀態(tài)，將大規(guī)?；痣姽ぞ叩谋砻娲植诙蕊@著降低，并改善了表面性能（耐腐蝕性、耐腐蝕性等）。從根本上克服傳統(tǒng)火焰加工表面粗糙度和表面效率低下的缺點，最終加工大面積、復雜、簡單的火焰表面，可以省略通常情況下所需的后續(xù)研磨過程。該行業(yè)的照明技術提供了新的應用領域。二、實驗過程和試劑考慮實際加工情況和實驗要求兩方面因素,在不改變機床原有裝備的條件下,設計制造了圖1所示的混粉電火花加工裝置。裝置中安裝于機床臺上的為工作箱5,安放于機床一側(cè)的為儲液箱1,工作箱和儲液箱之間有供液和回液兩軟管連接,工作箱中有安裝工件6用的工作臺。由于混粉電火花加工為精加工,在此之前工件需在普通工作液中進行粗加工,為防止工件二次裝夾所帶來的定位誤差,將工作箱箱門設計為可卸式,粗加工時將工作箱箱門卸下,使普通工作液能夠順暢流入,即可進行粗加工,粗加工完成后,將工作箱箱門安上,使混粉工作液僅在工作箱和儲液箱之間循環(huán),即可進行混粉電火花加工。由于混粉工作液的濃度和粉末在工作液中混合的均勻程度對混粉電火花加工有重要影響,為此在儲液箱中設計有循環(huán)沖液攪拌機構,同時將儲液箱設計為圓桶形,減少了常規(guī)儲液箱(均為方形)中尖角部位對液體流動的阻礙作用,保證粉末在工作液的流動、沖刷作用下得到充分懸浮,有效防止了粉末沉淀,使整個粉末工作液保持濃度均勻一致。實驗用電火花機床為B35型精密電火花成型加工機床。實驗所用試件材料為8407模具鋼(相當于SKD61)。為模擬實際加工狀況,所有實驗均為先在普通工作液中加工而后再在混粉工作液中加工,在普通工作液中加工時,采用機床具有的自動加工模式,其加工表面粗糙度可達Rmax=6μm(加工面積等于10000mm2時)。三、結(jié)果與分析1.混粉工作液中加工指令和表面粗糙度測量值隨著加工時間的不同,加工表面的粗糙度不同,為給后面的工藝實驗確定合理的加工時間,先進行了加工表面粗糙度隨加工時間變化規(guī)律的實驗研究,實驗中所用電極為銅,加工面積為100mm×100mm,混粉工作液中的加工分別按粗、精兩條指令進行,指令中的有關加工參數(shù)如表1所示。兩加工指令之間的加工時間比為2∶3。由于加工表面上不同位置處的表面粗糙度測量值有變化,為便于比較,取測量值的平均值為加工表面粗糙度值,圖2所示為加工表面粗糙度隨加工時間變化規(guī)律曲線。由圖2可知,當加工時間小于25h時,隨著加工時間的延長,加工表面粗糙度值顯著降低,而當加工時間超過25h后,加工表面粗糙度值隨加工時間的變化較小,此時單位面積上所對應的加工時間為15min/cm2。因此,后面的實驗均以15min/cm2為標準確定加工時間。2.其它參數(shù)對表面粗糙度的影響影響混粉電火花加工表面粗糙度的因素較多,除粉末濃度、粉末粒度等與粉末有關的因素外,放電參數(shù)對混粉電火花加工表面粗糙度的影響也較大,而放電參數(shù)中又以低壓峰值電流IP和脈沖寬度ON的影響最嚴重,因此實驗中對以上兩參數(shù)進行了研究,實驗所用其它參數(shù)與表1相同。為減少加工時間,提高實驗效率,實驗中采用直徑為?60mm(面積為2800mm2)的圓電極。實驗結(jié)果分別如圖3、4所示。由圖3、圖4所示實驗結(jié)果可知,峰值電流對加工表面粗糙度影響的總趨勢是上升的,即隨著峰值電流的增加,加工表面粗糙度值增加,但在IP=0.5時,實驗結(jié)果出現(xiàn)異常,其原因還需進一步研究。脈沖寬度對加工表面粗糙度的影響程度較峰值電流小,在一定范圍內(nèi),脈寬變化對加工表面粗糙度值的影響較小,但脈寬小于一定值后,加工表面粗糙度值反而增大,這是由于當脈寬過于小時,受極間寄生電容影響,脈沖放電率下降,加工不穩(wěn)定造成?？紤]加工效率和加工穩(wěn)定性等因素,以取IP=1,ON=01進行大面積混粉電火花加工為宜。3.表面粗糙度根據(jù)前面的實驗結(jié)果,分別用?100mm的圓電極和100mm×100mm的方電極進行大面積混粉電火花加工實驗,為了比較電極表面粗糙度對實驗結(jié)果的影響,?100mm圓電極表面采用高速精車加工,表面粗糙度值Ra≤0.02μm,而100mm×100mm方電極表面采用手工拋光加工,電極表面粗糙度值為Ra=0.16μm。加工同樣按粗、精兩條指令進行,除精加工指令中取IP=1,ON=01外,粗、精加工指令的其它參數(shù)同表1。兩種電極所形成的加工表面不同位置處的表面粗糙度測量值如表2所示。由測量結(jié)果可知,電極表面粗糙度對加工表面粗糙度有一定的影響。4.混粉電火花加工條件的研究以上實驗均為平面加工,而實際電火花加工多以加工復雜型面和型腔為主,對于這類表面,會對工作液中所混粉末的流動產(chǎn)生一定的阻礙作用,嚴重時會在加工表面產(chǎn)生沉積,使混粉電火花加工條件惡化,對加工表面帶來不利的影響。為此,有必要進行三維型腔加工的實驗研究。實驗所加工型腔為鼠標器外殼用模具,加工深度為29mm,加工面積約為6800mm2,受實驗條件限制,整個型腔由一個電極加工完成,在普通工作液中的加工完成后,卸下電極,對電極表面進行手工拋光、修整,重新找正安裝后,進行混粉電火花加工,加工條件同上。加工后的型腔表面光亮、均勻,由于加工表面為曲面,無法用輪廓儀對加工表面粗糙度進行測量,通過與所加工平面對比,型腔加工表面粗糙度可達Ra=0.2μm。四、混粉電火花加工對加工表面粗糙度的影響1.應用國產(chǎn)精密電火花機床和自制的混粉工作液循環(huán)裝置,能夠進行大面積混粉電火花加工。當加工面積為7850mm2時,混粉電火花加工表面粗糙度可達Ra0.153=μm。2.隨著混粉電火花加工時間的延長,加工表面粗糙度逐漸提高,但當單位面積上的加工時間超過15min/cm2時,加工表面粗糙度的變化趨于穩(wěn)定。3.隨著峰值