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(guó)際首次提出的一項(xiàng)新技術(shù)。通過在工作液中添加一定濃度的導(dǎo)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(diǎn)，最終加工大面積、復(fù)雜、簡(jiǎn)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(shù)提供了新的應(yīng)用領(lǐng)域。二、實(shí)驗(yàn)過程和試劑考慮實(shí)際加工情況和實(shí)驗(yàn)要求兩方面因素,在不改變機(jī)床原有裝備的條件下,設(shè)計(jì)制造了圖1所示的混粉電火花加工裝置。裝置中安裝于機(jī)床臺(tái)上的為工作箱5,安放于機(jī)床一側(cè)的為儲(chǔ)液箱1,工作箱和儲(chǔ)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(tái)。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(jìn)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(shè)計(jì)為可卸式,粗加工時(shí)將工作箱箱門卸下,使普通工作液能夠順暢流入,即可進(jìn)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(chǔ)液箱之間循環(huán),即可進(jìn)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(duì)混粉電火花加工有重要影響,為此在儲(chǔ)液箱中設(shè)計(jì)有循環(huán)沖液攪拌機(jī)構(gòu),同時(shí)將儲(chǔ)液箱設(shè)計(jì)為圓桶形,減少了常規(guī)儲(chǔ)液箱(均為方形)中尖角部位對(duì)液體流動(dòng)的阻礙作用,保證粉末在工作液的流動(dòng)、沖刷作用下得到充分懸浮,有效防止了粉末沉淀,使整個(gè)粉末工作液保持濃度均勻一致。實(shí)驗(yàn)用電火花機(jī)床為B35型精密電火花成型加工機(jī)床。實(shí)驗(yàn)所用試件材料為8407模具鋼(相當(dāng)于SKD61)。為模擬實(shí)際加工狀況,所有實(shí)驗(yàn)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(shí),采用機(jī)床具有的自動(dòng)加工模式,其加工表面粗糙度可達(dá)Rmax=6μm(加工面積等于10000mm2時(shí))。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(cè)量值隨著加工時(shí)間的不同,加工表面的粗糙度不同,為給后面的工藝實(shí)驗(yàn)確定合理的加工時(shí)間,先進(jìn)行了加工表面粗糙度隨加工時(shí)間變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)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(jìn)行,指令中的有關(guān)加工參數(shù)如表1所示。兩加工指令之間的加工時(shí)間比為2∶3。由于加工表面上不同位置處的表面粗糙度測(cè)量值有變化,為便于比較,取測(cè)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(shí)間變化規(guī)律曲線。由圖2可知,當(dāng)加工時(shí)間小于25h時(shí),隨著加工時(shí)間的延長(zhǎng),加工表面粗糙度值顯著降低,而當(dāng)加工時(shí)間超過25h后,加工表面粗糙度值隨加工時(shí)間的變化較小,此時(shí)單位面積上所對(duì)應(yīng)的加工時(shí)間為15min/cm2。因此,后面的實(shí)驗(yàn)均以15min/cm2為標(biāo)準(zhǔn)確定加工時(shí)間。2.其它參數(shù)對(duì)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(guān)的因素外,放電參數(shù)對(duì)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(yán)重,因此實(shí)驗(yàn)中對(duì)以上兩參數(shù)進(jìn)行了研究,實(shí)驗(yàn)所用其它參數(shù)與表1相同。為減少加工時(shí)間,提高實(shí)驗(yàn)效率,實(shí)驗(yàn)中采用直徑為?60mm(面積為2800mm2)的圓電極。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖3、4所示。由圖3、圖4所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,峰值電流對(duì)加工表面粗糙度影響的總趨勢(shì)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(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)異常,其原因還需進(jìn)一步研究。脈沖寬度對(duì)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(duì)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(dāng)脈寬過于小時(shí),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(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果,分別用?100mm的圓電極和100mm×100mm的方電極進(jìn)行大面積混粉電火花加工實(shí)驗(yàn),為了比較電極表面粗糙度對(duì)實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(cè)量值如表2所示。由測(cè)量結(jié)果可知,電極表面粗糙度對(duì)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(shí)驗(yàn)均為平面加工,而實(shí)際電火花加工多以加工復(fù)雜型面和型腔為主,對(duì)于這類表面,會(huì)對(duì)工作液中所混粉末的流動(dòng)產(chǎn)生一定的阻礙作用,嚴(yán)重時(shí)會(huì)在加工表面產(chǎn)生沉積,使混粉電火花加工條件惡化,對(duì)加工表面帶來不利的影響。為此,有必要進(jìn)行三維型腔加工的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)所加工型腔為鼠標(biāo)器外殼用模具,加工深度為29mm,加工面積約為6800mm2,受實(shí)驗(yàn)條件限制,整個(gè)型腔由一個(gè)電極加工完成,在普通工作液中的加工完成后,卸下電極,對(duì)電極表面進(jìn)行手工拋光、修整,重新找正安裝后,進(jìn)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(duì)加工表面粗糙度進(jìn)行測(cè)量,通過與所加工平面對(duì)比,型腔加工表面粗糙度可達(dá)Ra=0.2μm。四、混粉電火花加工對(duì)加工表面粗糙度的影響1.應(yīng)用國(guó)產(chǎn)精密電火花機(jī)床和自制的混粉工作液循環(huán)裝置,能夠進(jìn)行大面積混粉電火花加工。當(dāng)加工面積為7850mm2時(shí),混粉電火花加工表面粗糙度可達(dá)Ra0.153=μm。2.隨著混粉電火花加工時(shí)間的延長(zhǎng),加工表面粗糙度逐漸提高,但當(dāng)單位面積上的加工時(shí)間超過15min/cm2時(shí),加工表面粗糙度的變化趨于穩(wěn)定。3.隨著峰值