电火花加工模具钢表面粗糙度与硬度、钢材及脉冲宽度关系的研究

电火花加工模具钢表面粗糙度与硬度、钢材及脉冲宽度关系的研究电火花加工模具钢表面粗糙度与硬度、钢材及脉冲宽度关系的实验研究周松，刘雨嘉，何小磊，郝宇，赵明飞（南京农业大学工学院，江苏南京210031）摘要电火花加工的表面粗糙值直接影响工件的使用性能，如耐磨性、配合性能、接触刚度、疲劳强度和耐腐蚀性等。电火花加工粗糙度值的影响因素可分为电参数和非电参数两大类，电规准中对表面粗糙度影响较为显著的是脉冲宽度，工件材料的性质也会对加工表面粗糙度产生影响。关键词粗糙度；脉冲宽度；硬度0引言随着制造业中产品的精度、表面质量、耐磨性等要求越来越严格，各相关领域对模具的制造提出了高精度、高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性的要求1。因模具制造中使用的材料难加工，且工件形状复杂，使得常规机械加工方法难以实现。而电火花加工主要依靠放电产生的热能使工件材料熔化、气化，进而从工件基体上去除多余材料，适宜应用该方法进行特殊及复杂模具的成型加工2,3。电火花加工的表面粗糙值直接影响工件的使用性能，如耐磨性、配合性能、接触刚度、疲劳强度和耐腐蚀性等。电火花加工粗糙度值的影响因素可分为电参数和非电参数两大类4。1电火花加工规律单个脉冲的能量是对电火花加工表面粗糙度影响最大的因素，表面粗糙度与脉冲能量之间的关系，一般可用如下经验公式来表示0304RMAXKRTEIE1RMAX实测的表面粗糙度；KR与工具电极材料和工件材料有关的常数；TE形成一次放电通道的持续时间；IE峰值电流5。电火花加工中电规准的变量及取值很多，根据式（1）可知，所有电规准中对表面粗糙度影响较为显著的是脉冲宽度，因此以脉冲宽度为变量之一设计实验。从理论上分析，工件材料的性质也会对加工表面粗糙度产生影响，故本实验还主要讨论不同材料在不同硬度下经电火花加工后表面粗糙度情况。2电火花加工实验21实验条件211热处理实验条件对三种不同的模具钢（T8、45钢、60SI2MN）采用不同的热处理方案进行热处理，获得不同硬度的试样。热处理方案如下T8钢条件1淬火加热温度800820OC，介质柴油，冷却到2040OC，硬度6068HRC；回火温度500OC，得到的组织为回火索氏体；条件2淬火加热温度800820OC，介质柴油，冷却到2040OC，硬度6068HRC；回火温度200OC，得到的组织为回火马氏体；条件3淬火加热温度800820OC，介质柴油，冷却到2040OC，硬度6068HRC；回火温度350OC，得到的组织为回火马氏体；45钢条件1淬火加热温度840OC，介质柴油，冷却到2040OC，硬度59HRC；回火温度500OC，得到的组织为回火索氏体；条件2淬火加热温度840OC，介质柴油，冷却到2040OC，硬度59HRC；回火温度210OC，得到的组织为回火马氏体；条件3淬火加热温度840OC，介质柴油，冷却到2040OC，硬度59HRC；回火温度350OC，得到的组织为回火马氏体；60SI2MN钢条件1淬火加热温度870OC，介质柴油，冷却到2040OC，硬度61HRC；回火温度500OC，得到的组织为回火索氏体；条件2淬火加热温度870OC，介质柴油，冷却到2040OC，硬度61HRC；回火温度253OC，得到的组织为回火马氏体；条件3淬火加热温度870OC，介质柴油，冷却到2040OC，硬度61HRC；回火温度354OC，得到的组织为回火马氏体。得到表1所示的组织及硬度。212电火花加工实验条件本实验研究主要针对模具钢加工的表面粗糙度进行实验设计,电火花工艺实验的条件如表2。表222电火花实验电火花加工中电规准的变量及取值很多，根据式1可知，所有电规准中脉冲宽度对表面粗糙度与加工效率影响是十分显著的，本实验主要讨论硬度、材料及脉冲宽度对电火花加工后工件粗糙的的影响。采用表3中列出的电规准进行单因子变量实验。表3221脉宽、硬度及材料与表面粗糙度的关系我们国家电火花加工表面粗糙度，用RA表示6，表面粗糙度的测量方法基本上可分为接触式测量和非接触式测量两类7，本实验采用接触式测量法中的触针法8，这种测量方法的仪器稳定性好、示数客观可靠，其垂直分辨力最高可达到几纳米。使用表面粗糙度检查仪测量型腔底面粗糙度，手动操作，测量时每个工件测3点取其平均值。在不同的脉冲宽度条件下，改变材料及硬度，对材料进行表面粗糙度实验，得到材料的表面粗糙度曲线。如图1为脉冲宽度为250T/S条件下三种钢材不同硬度下的粗糙的曲线。Y粗糙度RAX硬度HRC图1如图2为脉冲宽度为400T/S条件下三种钢材不同硬度下的粗糙的曲线。T8Y粗糙度RAX硬度HRC图2如图为3脉冲宽度为550T/S条件下三种钢材不同硬度下的粗糙的曲线。Y粗糙度RAX硬度HRC图3如图4为T8钢在改变脉冲宽度的条件下，不同硬度的试样电火花加工后粗糙度曲线。Y粗糙度RAX脉冲宽度T/M图4如图5为45钢在改变脉冲宽度的条件下，不同硬度的试样电火花加工后粗糙度曲线。45Y粗糙度RAX脉冲宽度T/S图5如图6为60SI2MN钢在改变脉冲宽度的条件下，不同硬度的试样电火花加工后粗糙度曲线。Y粗糙度RAX脉冲宽度T/S图6如图7为热处理后组织相似为回火索氏体、硬度相近条件下改变脉冲宽度条件下，不同钢材的试样电火花加工后粗糙度曲线。Y粗糙度RAX脉冲宽度T/S图7如图8为热处理后组织相似为回火马氏体（高温回火）、硬度相近条件下改变脉冲宽度条件下，不同钢材的试样电火花加工后粗糙度曲线。Y粗糙度RAX脉冲宽度T/S图8如图9为热处理后组织相似为回火马氏体（低温回火）、硬度相近条件下改变脉冲宽度条件下，不同钢材的试样电火花加工后粗糙度曲线。Y粗糙度RAX脉冲宽度T/S图93结论（1）如图1可得，在脉冲宽度为250T/S条件下，T8钢表面粗糙值随硬度值的变大呈现逐渐下降的趋势；60SI2MN钢呈现先下降后升高的趋势；而45钢呈现先升高后下降的趋势。（2）如图2可得，在脉冲宽度为400T/S条件下，T8钢表面粗糙值随硬度值的变大呈现先下降后升高的趋势；60SI2MN钢呈现先升高后下降的趋势；45钢呈现先下降后升高的趋势。（3）如图3可得，在脉冲宽度为550T/S条件下，T8钢表面粗糙值随硬度值的变大呈现逐渐下降的趋势；60SI2MN钢呈现先下降后升高的趋势；45钢呈现先升高后下降的趋势。（4）如图4可得，T8钢，硬度为38HRC试样随脉冲宽度的增大粗糙度值呈现逐渐下降趋势；硬度为57HRC试样呈现先升高后下降趋势；而硬度为62HRC试样呈现逐渐下降趋势。（5）如图5可得，45钢，硬度为31HRC试样随脉冲宽度的增大粗糙度值呈现先升高后下降趋势；硬度为49HRC试样呈现先升高后下降趋势；硬度为56HRC试样呈现先下降后升高趋势。（6）如图6可得，60SI2MN钢，硬度为43HRC试样随脉冲宽度的增大粗糙度值呈现先下降后升高趋势，但变化不明显较为平缓；硬度为58HRC试样呈现逐渐下降趋势；硬度为61HRC试样呈现先升高后下降趋势。（7）如图7可得，试样为回火索氏体条件下，T8钢随脉冲宽度的增大粗糙度值呈现逐渐下降趋势；60SI2MN钢呈现先下降后升高的趋势，但变化不明显较为平缓；45号钢呈现先升高后下降的趋势。（8）如图8可得，试样为高温回火马氏体条件下，T8钢随脉冲宽度的增大粗糙度值呈现逐渐下降趋势；60SI2MN钢呈现先升高后下降的趋势；45钢呈现先下降后升高的趋势。（9）如图9可得，试样为低温回火马氏体条件下，T8钢随脉冲宽度的增大粗糙度值呈现先升高后下降趋势；60SI2MN钢呈现逐渐下降的趋势；45钢呈现先升高后下降的趋势，但变化不明显较为平缓。参考文献1刘毅克，邹静硬质合金模具放电加工工艺参数探讨J轻金属，2000751532王志峰，何彬，王维军硬质合金模型腔的电火花加工J模具制造，2003，19248503刘晋春，白基成，郭永丰特种加工M5版北京机械工业出版社，200834寇元哲，叶亮影响电火花加工表面粗糙度值的影响因素J模具制造，2012784865何云硬质合金电火花加工效率研究J硬质合金，1998，15112