擴(kuò)散管電火花加工電極部分脫落原因分析及改良措施

擴(kuò)散管電火花加工電極部分脫落原因分析及改良措施射流泵工作的過程中，集中管段的光滑度對射流效果作用十份明顯，在本次對射流泵集中管加工中，采納電火花加工過程中電火花電極端消失部分不勻稱脫落。采納基于Ansys-workbench熱耦合分析，對電火花加工中電極損耗進(jìn)行分析。確定電極損耗緣由及其理論損耗程度后，查找電火花加工中的電極端損耗過多解決方法，并最終將集中管段加工成型，符合預(yù)設(shè)流道外形并滿意管道粗糙度要求。射流泵是一種依靠肯定壓力的工作流體通過噴嘴高速噴出帶走被輸送流體的泵，其關(guān)鍵工作元件為噴嘴、喉管、集中管。這幾個(gè)部件每一個(gè)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)都有嚴(yán)格的要求。為了保證射流器具有良好的水力性能，防止消失折沖水流和漏水現(xiàn)象，必需保證噴嘴、喉管、集中管三者在組裝或加工時(shí)必需同心，同軸(心)度應(yīng)達(dá)到精度等級的9～10級，或掌握在0.05～0.40mm之內(nèi)，射流器越小，精度要求越高，射流器越大，精度可適當(dāng)降低，但也必需滿意基本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。對于噴嘴和喉管這兩個(gè)主要部件，為了削減摩擦阻力損失，提高射流器效率，內(nèi)壁加工光滑度應(yīng)達(dá)到Ra3.2～1.6以上。其中，集中管段加工兩股流體匯合后整流作用很大。在氣體和流體中分別進(jìn)行過大量試驗(yàn)，其結(jié)果均表明當(dāng)集中角為4～10時(shí)，阻力系數(shù)最小，因此集中管的集中角在4～10之間比較好。為了進(jìn)一步減小集中損失，當(dāng)面積比m＜4時(shí)，可采納分段集中的方法，集中角分別由小到大。本次所需加工的集中管采納這種結(jié)構(gòu)，所以因其深長結(jié)構(gòu)和分段結(jié)構(gòu)簡單，且表面粗糙度要求很高，在加工制造上有相當(dāng)難度，加工集中管一般采納定制刀具做深加工。但本次加工的射流泵，屬于小批量定制產(chǎn)品，由于專用的定制刀具設(shè)計(jì)制造費(fèi)用較高，為節(jié)省成本，考慮使用電火花加工集中管段。電火花是通過自激放電，放電的兩個(gè)電極間在放電前具較高的電壓，當(dāng)兩電極接近時(shí)，其間介質(zhì)被擊穿后，隨即發(fā)生火花放電。伴隨擊穿過程，兩電極間的電阻急劇變小，兩極之間的電壓也隨之急劇變低?；鸹ㄍǖ辣匦柙诰S持短暫的時(shí)間后準(zhǔn)時(shí)熄滅，才可保持火花放電的冷極特性（即通道能量轉(zhuǎn)換的熱能來不及傳至電極縱深），使通道能量作用于微小范圍。這些通道能量的作用，可使電極局部被腐蝕。這是利用火花放電時(shí)產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象對材料進(jìn)行尺寸加工來達(dá)到需要的尺寸。首次加工集中管狀況本次加工集中管所使用電極為黃銅電極，在車床上加工成型，使用電火花放電加工機(jī)進(jìn)行加工，采納煤油作為加工介質(zhì)。為削減加工難度，節(jié)省加工時(shí)間，再電火花加工之前，使用鉆床對集中管初始棒料進(jìn)行多層遞進(jìn)鉆孔，加工到圓錐外形。再使用電火花機(jī)床進(jìn)行深度加工。射流泵用于流體流淌，對流場所過表面有要求較高，為保證表面精度，對集中管段加工分為以去除多余材料為主的粗加工和以保證表面精度為主的精加工。經(jīng)過了鉆孔過程，在粗加工后，集中管段加工狀況良好，但電極尖端消失大量斑狀脫落，如圖1所示，脫落狀況與常規(guī)閱歷狀況完全不同。導(dǎo)致集中管初始段加工狀況與原方案相差甚遠(yuǎn)，加工已經(jīng)無法根據(jù)原方案進(jìn)行，因此，對電極尖端脫落狀況進(jìn)行深度調(diào)研分析。電極損耗分析影響電火花加工中電機(jī)損耗的主要因素為：電極對材料、加工過程的各種效應(yīng)（如極性效應(yīng)、吸附效應(yīng)、電化學(xué)效應(yīng)等）、脈沖放電波形、電參數(shù)、工作介質(zhì)性質(zhì)、被加工對象的外形尺寸和供應(yīng)方式等[1]其中影響較大的是電極材料、極性、電脈沖參數(shù)與波形的影響及極間介質(zhì)及其對供應(yīng)方式。依據(jù)常識(shí)，電極材料被熔化和氣化主要考慮導(dǎo)熱率和熔點(diǎn)，兩者直接影響到其熔化氣化所需最低能量密度。電脈沖參數(shù)和波形對電極材料的影響主要是電流峰值會(huì)蝕除過多正極材料，尤其是初始階段電流對正極沖擊作用較強(qiáng)，為削減電極腐蝕應(yīng)實(shí)行初始階段掌握電流上升速度。本次加工參數(shù)如下：工作電極：銅電極工件電極：30CrMo鋼工作液：煤油初始間隙：5m電火花加工中電極材料蝕除過程仿真1.材料屬性設(shè)定由于本次分析只針對溫度場，不涉及力學(xué)性能，30CrMo鋼在溫度屬性上和45鋼相像，因此各項(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)根據(jù)45鋼設(shè)定。2.溫度條件設(shè)定電火花放電加工的過程中由于放電時(shí)間短暫，放電點(diǎn)面積小，工作液汲取傳導(dǎo)熱量等緣由，只有放電點(diǎn)四周區(qū)域受到熱力影響。所以可設(shè)置為放電點(diǎn)高溫（約10000℃），其他部分設(shè)置為加工期間平均溫度狀態(tài)（20℃）。電極前端始終處于高溫狀態(tài)，其他部分溫度正常，因此，在長時(shí)間加工的過程中，電極前端損耗會(huì)很大。由于電極前端本身加工工藝和材料的微小差異等因素，其腐蝕脫落也顯得不勻稱。3.解決方案射流泵屬于流場要求極高設(shè)備，假如電極前端腐蝕狀況不能得到有效改善，所加工出集中管流道也不能滿意射流需求。但電極前端加工沒有更好的方法來保證腐蝕脫落狀況滿意要求，因此采納一個(gè)尺寸與原電極尺寸全都的電極進(jìn)行補(bǔ)償加工，之前電極脫落過多導(dǎo)致未加工到的殘余加工量較小，可通過二次補(bǔ)償加工實(shí)現(xiàn)完成，由于時(shí)間短暫，不會(huì)形成過多破損。于是采納此種方法加工，其次次經(jīng)過一小時(shí)加工時(shí)間，加工成型，無需再次精細(xì)電火花加工。所加工產(chǎn)品粗糙度達(dá)到Ra1.6，能滿意射流泵集中管的需求。結(jié)論與展望電火花加工中，電極端長期處于高溫狀態(tài)，只要有一點(diǎn)物質(zhì)不勻稱的狀況，就簡單發(fā)生電極腐蝕脫落不勻