大面积下混粉电火花加工表面粗糙度的研究

大面积下混粉电火花加工表面粗糙度的研究

一、等微粉碎电火花加工大面积混合粉末的图纸加工是近几十年来国际首次提出的一项新技术。通过在工作液中添加一定浓度的导电硅、铝等微粉末，改变电火花的放电状态，将大规模火电工具的表面粗糙度显著降低，并改善了表面性能（耐腐蚀性、耐腐蚀性等）。从根本上克服传统火焰加工表面粗糙度和表面效率低下的缺点，最终加工大面积、复杂、简单的火焰表面，可以省略通常情况下所需的后续研磨过程。该行业的照明技术提供了新的应用领域。二、实验过程和试剂考虑实际加工情况和实验要求两方面因素,在不改变机床原有装备的条件下,设计制造了图1所示的混粉电火花加工装置。装置中安装于机床台上的为工作箱5,安放于机床一侧的为储液箱1,工作箱和储液箱之间有供液和回液两软管连接,工作箱中有安装工件6用的工作台。由于混粉电火花加工为精加工,在此之前工件需在普通工作液中进行粗加工,为防止工件二次装夹所带来的定位误差,将工作箱箱门设计为可卸式,粗加工时将工作箱箱门卸下,使普通工作液能够顺畅流入,即可进行粗加工,粗加工完成后,将工作箱箱门安上,使混粉工作液仅在工作箱和储液箱之间循环,即可进行混粉电火花加工。由于混粉工作液的浓度和粉末在工作液中混合的均匀程度对混粉电火花加工有重要影响,为此在储液箱中设计有循环冲液搅拌机构,同时将储液箱设计为圆桶形,减少了常规储液箱(均为方形)中尖角部位对液体流动的阻碍作用,保证粉末在工作液的流动、冲刷作用下得到充分悬浮,有效防止了粉末沉淀,使整个粉末工作液保持浓度均匀一致。实验用电火花机床为B35型精密电火花成型加工机床。实验所用试件材料为8407模具钢(相当于SKD61)。为模拟实际加工状况,所有实验均为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时,采用机床具有的自动加工模式,其加工表面粗糙度可达Rmax=6μm(加工面积等于10000mm2时)。三、结果与分析1.混粉工作液中加工指令和表面粗糙度测量值随着加工时间的不同,加工表面的粗糙度不同,为给后面的工艺实验确定合理的加工时间,先进行了加工表面粗糙度随加工时间变化规律的实验研究,实验中所用电极为铜,加工面积为100mm×100mm,混粉工作液中的加工分别按粗、精两条指令进行,指令中的有关加工参数如表1所示。两加工指令之间的加工时间比为2∶3。由于加工表面上不同位置处的表面粗糙度测量值有变化,为便于比较,取测量值的平均值为加工表面粗糙度值,图2所示为加工表面粗糙度随加工时间变化规律曲线。由图2可知,当加工时间小于25h时,随着加工时间的延长,加工表面粗糙度值显著降低,而当加工时间超过25h后,加工表面粗糙度值随加工时间的变化较小,此时单位面积上所对应的加工时间为15min/cm2。因此,后面的实验均以15min/cm2为标准确定加工时间。2.其它参数对表面粗糙度的影响影响混粉电火花加工表面粗糙度的因素较多,除粉末浓度、粉末粒度等与粉末有关的因素外,放电参数对混粉电火花加工表面粗糙度的影响也较大,而放电参数中又以低压峰值电流IP和脉冲宽度ON的影响最严重,因此实验中对以上两参数进行了研究,实验所用其它参数与表1相同。为减少加工时间,提高实验效率,实验中采用直径为ϕ60mm(面积为2800mm2)的圆电极。实验结果分别如图3、4所示。由图3、图4所示实验结果可知,峰值电流对加工表面粗糙度影响的总趋势是上升的,即随着峰值电流的增加,加工表面粗糙度值增加,但在IP=0.5时,实验结果出现异常,其原因还需进一步研究。脉冲宽度对加工表面粗糙度的影响程度较峰值电流小,在一定范围内,脉宽变化对加工表面粗糙度值的影响较小,但脉宽小于一定值后,加工表面粗糙度值反而增大,这是由于当脉宽过于小时,受极间寄生电容影响,脉冲放电率下降,加工不稳定造成。考虑加工效率和加工稳定性等因素,以取IP=1,ON=01进行大面积混粉电火花加工为宜。3.表面粗糙度根据前面的实验结果,分别用ϕ100mm的圆电极和100mm×100mm的方电极进行大面积混粉电火花加工实验,为了比较电极表面粗糙度对实验结果的影响,ϕ100mm圆电极表面采用高速精车加工,表面粗糙度值Ra≤0.02μm,而100mm×100mm方电极表面采用手工抛光加工,电极表面粗糙度值为Ra=0.16μm。加工同样按粗、精两条指令进行,除精加工指令中取IP=1,ON=01外,粗、精加工指令的其它参数同表1。两种电极所形成的加工表面不同位置处的表面粗糙度测量值如表2所示。由测量结果可知,电极表面粗糙度对加工表面粗糙度有一定的影响。4.混粉电火花加工条件的研究以上实验均为平面加工,而实际电火花加工多以加工复杂型面和型腔为主,对于这类表面,会对工作液中所混粉末的流动产生一定的阻碍作用,严重时会在加工表面产生沉积,使混粉电火花加工条件恶化,对加工表面带来不利的影响。为此,有必要进行三维型腔加工的实验研究。实验所加工型腔为鼠标器外壳用模具,加工深度为29mm,加工面积约为6800mm2,受实验条件限制,整个型腔由一个电极加工完成,在普通工作液中的加工完成后,卸下电极,对电极表面进行手工抛光、修整,重新找正安装后,进行混粉电火花加工,加工条件同上。加工后的型腔表面光亮、均匀,由于加工表面为曲面,无法用轮廓仪对加工表面粗糙度进行测量,通过与所加工平面对比,型腔加工表面粗糙度可达Ra=0.2μm。四、混粉电火花加工对加工表面粗糙度的影响1.应用国产精密电火花机床和自制的混粉工作液循环装置,能够进行大面积混粉电火花加工。当加工面积为7850mm2时,混粉电火花加工表面粗糙度可达Ra0.153=μm。2.随着混粉电火花加工时间的延长,加工表面粗糙度逐渐提高,但当单位面积上的加工时间超过15min/cm2时,加工表面粗糙度的变化趋于稳定。3.随着峰值