典型難加工材料電火花加工技術(shù)及機(jī)理研究.pdf

1、近些年來，各個(gè)領(lǐng)域包括航空航天、汽車、工模具及電子等行業(yè)出現(xiàn)了許多硬度高、強(qiáng)度高、耐磨性好的材料，如硬質(zhì)合金、鈦合金、聚晶金剛石、結(jié)構(gòu)陶瓷等，針對(duì)這些材料的機(jī)械加工來說帶來了一定的困難，加工時(shí)容易黏刀，而且刀具磨損嚴(yán)重，大大降低了刀具的使用壽命。然而，電火花加工技術(shù)的出現(xiàn)，給這些難加工材料的加工帶來了曙光，電火花加工方法具有不受材料力學(xué)屬性限制的特征，即能夠以較軟的工具電極加工較硬的工件材料，所以為推廣典型難加工材料的應(yīng)用，研究電火花加

2、工這些材料的特性具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。全文以典型難加工材料，常用作刀具、工模具的YG15硬質(zhì)合金和航空航天結(jié)構(gòu)用的TC4鈦合金作為研究對(duì)象，開展了一些對(duì)它們電火花加工特性的理論和試驗(yàn)的研究。
　　 在深入研究電火花加工材料去除機(jī)理的基礎(chǔ)上，總結(jié)了影響電火花加工材料蝕除的因素。這些因素，影響規(guī)律的總結(jié)，對(duì)提高電火花加工YG15硬質(zhì)合金和TC4鈦合金的加工工藝性起到了重要的作用；并且通過計(jì)算這兩種材料的抗侵蝕指數(shù)，判斷得出電火花加

3、工方法是適合對(duì)它們進(jìn)行加工的。
　　 由于電火花加工過程十分微觀復(fù)雜，直接進(jìn)行材料的試驗(yàn)研究會(huì)帶來很大的盲目性以及資源的浪費(fèi)。隨著有限元技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)地不斷發(fā)展，大量的計(jì)算能夠在很短的時(shí)間內(nèi)由計(jì)算機(jī)來完成，從而使數(shù)值法在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。本文在理論分析的基礎(chǔ)上建立了電火花加工材料的有限元分析模型，并借助了大型有限元分析軟件ANSYS對(duì)電火花加工YG15硬質(zhì)合金、紫銅電極、工作液三維三層結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)模型進(jìn)行了仿真分析，

4、從仿真結(jié)果來看，YG15單脈沖放電加工的熱影響區(qū)較小，最高溫度很大，但高溫區(qū)范圍很??；等溫線是以放電點(diǎn)為圓心的同心圓。并結(jié)合紅外熱成像儀實(shí)測(cè)加工區(qū)域溫度，與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證了模擬的可行性及有效性。
　　 進(jìn)一步結(jié)合ANSYS軟件對(duì)單脈沖放電條件下的TC4鈦合金和YG15硬質(zhì)合金的溫度場(chǎng)進(jìn)行了對(duì)比研究，并通過改變放電仿真參數(shù)(加工電流和脈寬)，比較了其放電凹坑形狀的變化情況，主要是熔寬和熔深的變化，并得出了一些典型難加工材料放

5、電凹坑隨加工參數(shù)變化的規(guī)律，熔深和熔寬隨加工電流和脈寬的增大而增大，其深徑比的變化卻不一樣，這是由于熱的擴(kuò)散表面快于材料內(nèi)部的原因，這些都能給實(shí)際試驗(yàn)提供了一定的參考依據(jù)。
　　 另外結(jié)合了一些試驗(yàn)，通過同常用加工材料(45鋼和ZL108鋁合金)電火花加工進(jìn)行比較，從加工效率和表面質(zhì)量?jī)蓚€(gè)工藝指標(biāo)分析了YG15硬質(zhì)合金電火花加工的工藝性；并且選擇了兩種不同的電極材料(紫銅和石墨)分別來加工TC4鈦合金，通過比較蝕除速度得出石墨電

6、極較適合于TCA鈦合金的加工。
　　 最后，由于電火花放電加工中電極和工件材料表面局部受熱達(dá)到很高的溫度，這必然引起各部位之間熱膨脹程度不同，表面驟熱驟冷，熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力的作用使YG15硬質(zhì)合金和TC4鈦合金的電火花加工的工藝性受到一定的影響，表面或深度方向可能會(huì)有微細(xì)裂紋產(chǎn)生。故為了得到較好的加工工藝性，在溫度場(chǎng)分析的基礎(chǔ)上，通過間接耦合的方法，將溫度場(chǎng)分析的結(jié)果作為進(jìn)一步熱應(yīng)力場(chǎng)分析的邊界條件，導(dǎo)入熱應(yīng)力場(chǎng)。研究了YG15