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電火花線切割電參數(shù)對crl2MoV材料去除率與表面粗糙度的影響

2017-1-22 來源：太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院作者：殷靜凱，李文斌

摘要：Crl2MoV作為通用的模具鋼，電火花線切割加工工藝參數(shù)是影響其材料去除率與表面粗糙度的主要因素。通過改變電火花線切割的電參數(shù)，對加工crl2MoV的性能指標(biāo)進(jìn)行研究。結(jié)果表明：隨著脈寬時間的增加，材料去除率增加，但同時表面粗糙度也增加；峰值電流對材料去除率和表面粗糙度的影響規(guī)律同脈寬時間一樣；脈間時間增加時，材料去除率減小，但對表面粗糙度的影響不顯著且脈間時間為25斗s時其達(dá)到最小；間隙電壓增加時，表面粗糙度減小，對材料去除率的影響較小。

關(guān)鍵詞：Crl2MoV；電火花線切割加工；電參數(shù)；材料去除率；表面粗糙度

0.前言

電火花線切割加工(wire cut Electrical DischargeMachining，wEDM)作為現(xiàn)代工業(yè)一種重要的加工方式，與傳統(tǒng)加工方式相比具有突出優(yōu)勢，它不是依靠切削力來去除材料，加工過程不與工件接觸，所以它可以加工任何硬度、強(qiáng)度、韌性、脆性的金屬。基于此性質(zhì)，電火花線切割加工廣泛地應(yīng)用于模具行業(yè)。電火花線切割的出現(xiàn)滿足了模具制造的要求，從而帶動了制造業(yè)的發(fā)展。Crl2MoV，冷作模具鋼，此材料具有較好的耐磨性、淬透性、淬硬性、強(qiáng)韌性、熱穩(wěn)定性、抗壓強(qiáng)度，綜臺性能優(yōu)良和廣泛的適應(yīng)性，用于制造冷作模具。為了提高模具成型精度，避免熱加工對模具零件的影響，線切割加工往往安排在模具熱處理后進(jìn)行。而crl2MoV經(jīng)過熱處理后硬度大于等于HRc60，利用傳統(tǒng)切削方式加工很困難，且對刀具損害較大，故綜合電火花線切割的優(yōu)勢，選擇利用其加工Crl2MoV鋼。許多學(xué)者已經(jīng)對利用線切割加工crl2MoV進(jìn)行了研究，朱繁康等舊1對crl2MoV鋼沖模利用線切割加工時的開裂失效進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了工藝的改進(jìn)。吳光輝進(jìn)行了Crl2MoV基于線切割的熱處理工藝研究，通過一系列實(shí)驗(yàn)得出了Crl2MoV在經(jīng)過改進(jìn)的熱處理工藝處理后，利用線切割對其進(jìn)行加工能夠得到更好的加工精度。同時，關(guān)于電火花線切割的工藝參數(shù)對加工過程影響的文章也有涉及，馮巧波等p’以DK7625P慢走絲電火花線切割機(jī)床為平臺，以40Cr為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行研究，得出了放電脈寬時間、伺服速度、伺服基準(zhǔn)電壓、電極絲張力和電極絲速度等參數(shù)對加工精度的影響。戴士杰等H1研究了電火花

線切割機(jī)床的電參數(shù)與非電參數(shù)對加工工藝指標(biāo)的影響并提出了改進(jìn)措施。但關(guān)于電火花線切割的工藝參數(shù)對于加工crl2MoV時性能指標(biāo)的影響研究鮮有報(bào)道。鑒于此，本文作者采用控制單因素變量法，通過探討脈寬時間ON、脈間時間OFF、峰值電流IP和間隙電壓sV等電火花線切割加工的電參數(shù)¨o對加工Crl2MoV鋼材料去除率與表面粗糙度的影響，改善電火花線切割對crl2MoV的加工性能，從而為生產(chǎn)實(shí)踐提供理論依據(jù)。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法

文中次實(shí)驗(yàn)的平臺是北京阿奇夏米爾公司AcrI'sPARK Fw-1型數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)床，電極絲采用咖0．18 mm的鉬絲，實(shí)驗(yàn)材料為經(jīng)過熱處理的crl2MoV鋼，厚度為20 mm、工作液為12％線切割乳化液，研究的電參數(shù)為脈寬時間0N、脈間時間0FF、峰值電流IP和間隙電壓SV。其中脈寬時間的真實(shí)放電時間等于(ON+1)斗s，脈間時間的真實(shí)間隔時間等于(OFF+1)×5斗s。文中考察的時間與加工表面積比值計(jì)算，表面粗糙度通過TR200手持式粗糙度儀進(jìn)行測量。文中采用控制單因素變量法，即改變某一參數(shù)來研究該參數(shù)對兩項(xiàng)性能指標(biāo)的影響，通過將每個參數(shù)從小到大分4個數(shù)值進(jìn)行研究，記錄數(shù)據(jù)，并繪制相應(yīng)圖表以直觀分析。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2．1 脈寬時間ON的影響

脈寬時間是脈沖電流持續(xù)的時間，決定單個脈沖能量大小的因素之一舊1。通過改變脈寬時間的數(shù)值(7、8、9、10“s)，在每一數(shù)值下進(jìn)行加工，研究不同的脈寬時間對材料去除率與表面粗糙度的影響。脈兩項(xiàng)性能指標(biāo)，材料去除率利用機(jī)床系統(tǒng)記錄的加工寬時間作為單一變量時，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1脈寬時間變化的影響

從圖1中可以看出，隨著脈寬時間的增加，材料去除率增加，但同時表面粗糙度也增加。電火花線切割加工是利用電極絲做電極，對工件進(jìn)行放電，來蝕除金屬，切割成形的。隨著脈寬時間的增加，放電能量增加，加工速度提高的同時，放電凹坑增大，表面質(zhì)量下降。故必須在滿足加工精度的基礎(chǔ)上調(diào)高脈寬時間來提高加工速度，同時也不能只考慮加工速度而無限的增加脈寬時問，因?yàn)檫^大的脈寬時間會使得蝕除物來不及排除，嚴(yán)重時甚至?xí)饠嘟z，影響加工效率和表面質(zhì)量。

2．2脈間時間OFF的影響

脈間時間作為對線切割加工性能影響的重要電參數(shù)，脈間時間影響極間的消電離。通過改變脈間時間(20、25、30、35斗s)，以此研究它的作用規(guī)律，同脈寬時間一樣，表2為將脈問時間作為單一變量得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖2所示為脈間時間對表面粗糙度一材料去除率的影響。

表2脈間時間變化的影響

圖2脈間時間對表面粗糙度一材料去除率的影響

由圖可知，脈間時間減小時平均電流增大，切割速度加快，但是脈問時間不能太小，以免引起電弧和斷絲"]。隨著脈間時間的增大，材料去除率減小，這是因?yàn)閱挝粫r間內(nèi)放電次數(shù)減少影響加工速度。而表面粗糙度呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，當(dāng)脈間時間為25燦s時其達(dá)到最小。說明脈間時間過大或過小都會影響表面粗糙度，當(dāng)脈間時間太小，來不及消電離導(dǎo)致加工不穩(wěn)定；相反脈間時間增大會造成加工質(zhì)量的下降，還有可能造成短路。

2．3峰值電流IP的影響

峰值電流也是決定單個脈沖能量大小的因素之一，峰值電流對材料去除率和表面粗糙度的影響都很大。如表3是峰值電流作為單一變量(2、3、4、5A)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表3峰值電流變化的影響

圖3為峰值電流對表面粗糙度一材料去除率的影響曲線

圖3峰值電流對表面粗糙度一材料去除率的影響

由圖可知，峰值電流與脈寬時間對加工的影響很相似，隨著峰值電流的增大，材料去除率相應(yīng)提高，這是因?yàn)榉逯惦娏鞯脑黾油瑯釉龃罅藛蝹€脈沖的能量，而使材料的蝕除速度加快。但是峰值電流不能過大，峰值電流過大就會使加工過程中產(chǎn)生的電腐蝕產(chǎn)物體積變大，無法順利排出，使加工不穩(wěn)定，甚至?xí)饠嘟z。隨著峰值電流的增加，放電能量的增強(qiáng)，表面粗糙度也會增大。

2．4 間隙電壓SV的影響

間隙電壓是電極絲與工件之間的加工電壓，間隙電壓可引起加工間隙的改變，隨著間隙電壓的提高會增大加工間隙，有利于排屑。如表4，控制間隙電壓為單一變量(2、3、4、5 V)，得到材料去除率和表面粗糙度變化的數(shù)據(jù)。

表4間隙電壓變化的影響

如圖4所示，隨著間隙電壓增加，材料去除率變化很小，間隙電壓對于加工速度的影響是有限的，但當(dāng)間隙電壓為3 V時，材料去除率達(dá)到最大。間隙電壓取值過小，會造成放電間隙小，排屑不暢，易短路；反之，使空載脈沖增多，會影響加工速度。同樣間隙電壓對于表面粗糙度的影響也很小，但總體呈下降趨勢。間隙電壓的增加會提高加工的穩(wěn)定性，所以隨著間隙電壓的增加，表面粗糙度減小，一定程度地提高了表面加工質(zhì)量。

圖4間隙電壓對表面粗糙度一材料去除率的影響

3.結(jié)束語

材料去除率和表面粗糙度是電火花線切割加工性能的重要指標(biāo)哺j，同時是一對矛盾的指標(biāo)一1，脈寬時間和峰值電流是影響兩項(xiàng)指標(biāo)的重要參數(shù)，脈間時間和間隙電壓的作用同樣不可忽視。文中的目的是通過研究各個電參數(shù)對這兩項(xiàng)性能指標(biāo)的影響規(guī)律，為電火花線切割高效加工crl2MoV的深入研究提供理論依據(jù)，從而指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要來選取加工參數(shù)。

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