典型難加工材料電火花加工技術(shù)及機理研究.pdf

1、近些年來，各個領(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，針對這些材料的機械加工來說帶來了一定的困難，加工時容易黏刀，而且刀具磨損嚴重，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鈦合金作為研究對象，開展了一些對它們電火花加工特性的理論和試驗的研究。
　　 在深入研究電火花加工材料去除機理的基礎(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、工方法是適合對它們進行加工的。
　　 由于電火花加工過程十分微觀復(fù)雜，直接進行材料的試驗研究會帶來很大的盲目性以及資源的浪費。隨著有限元技術(shù)和計算機仿真技術(shù)地不斷發(fā)展，大量的計算能夠在很短的時間內(nèi)由計算機來完成，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)的溫度場模型進行了仿真分析，

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??；等溫線是以放電點為圓心的同心圓。并結(jié)合紅外熱成像儀實測加工區(qū)域溫度，與仿真結(jié)果進行對比驗證了模擬的可行性及有效性。
　　 進一步結(jié)合ANSYS軟件對單脈沖放電條件下的TC4鈦合金和YG15硬質(zhì)合金的溫度場進行了對比研究，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，這是由于熱的擴散表面快于材料內(nèi)部的原因，這些都能給實際試驗提供了一定的參考依據(jù)。
　　 另外結(jié)合了一些試驗，通過同常用加工材料(45鋼和ZL108鋁合金)電火花加工進行比較，從加工效率和表面質(zhì)量兩個工藝指標分析了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有微細裂紋產(chǎn)生。故為了得到較好的加工工藝性，在溫度場分析的基礎(chǔ)上，通過間接耦合的方法，將溫度場分析的結(jié)果作為進一步熱應(yīng)力場分析的邊界條件，導(dǎo)入熱應(yīng)力場。研究了YG15