切割参数(通用7篇)
切割参数 篇1
摘要:为了满足零件加工精度和表面质量要求, 本文介绍了快走丝线切割加工原理和加工的特点, 分析了电参数对加工质量的影响, 为快走丝线切割加工电参数选择提供参考依据。
关键词:快走丝线切割,电参数,加工质量
1快走丝线切割加工原理
快走丝线切割加工是利用移动的金属丝作为加工电极, 在电极丝与工件之间产生脉冲火花放电的电腐蚀现象去除多余的金属, 以达到对零件的尺寸、形状及表面质量的预定加工要求的一电火花加工方法。如图1所示。
快走丝线切割加工是利用放电进行加工, 电极丝接脉冲电源的负极, 工件接脉冲电源的正极。当来一个电脉冲时, 在电极丝及工件之间产生火花放电, 在放电中心的瞬时温度可高达10000℃以上, 高温使工件局部金属熔化, 甚至有少量气化, 高温也使电极丝和工件之间的工作液部分产生气化, 这些气化后的工作液和金属蒸气瞬间迅速热膨胀, 并有爆炸的特性。靠这种热膨胀和局部爆炸, 抛出熔化和气化的金属材料而实现对工件材料进行电蚀切削加工。
2快走丝线切割加工的特点
在快走丝线切割加工过程中, 工件材料表面因高温而融化, 然后急冷, 结果就生成了变质层, 变质层由熔融再凝固层、再淬火层及再回火层组成。由于腐蚀液几乎不能对熔融再凝固层腐蚀而且成白色, 该层与铸造组织类似, 且常常产生许多微观裂纹。这种微观裂纹是由于金属从熔化状态突然急冷凝固, 材料收缩而产生的拉伸热应力造成的。再凝固层的厚度, 因加工条件不同而异, 切割速度越快则越厚, 而且几乎不受切割加工前热处理状态的影响, 所以快走丝线切割加工的加工质量主要受到切割电参数的影响。
3快走丝线切割电参数的研究
快走丝线切割工艺参数的选择, 影响加工质量、切割速度和钼丝的损耗率等。合理使用数控快走丝线切割机床就必须对电参数理解和掌握。影响加工质量明显的电参数主要包括脉冲电流、脉冲宽度、脉冲间隔、走丝速度等, 在快走丝线切割加工中, 在保证表面质量、加工精度的前提下, 尽量提高切割加工效率。
3.1脉冲电流I
脉冲电源直接决定了切割的厚度和速度, 即切割能力, 同时脉冲电流影响加工表面质量。快走丝线切割加工表面由大量放电坑堆积而成, 放电坑的形状和尺寸决定了表面粗糙度的大小, 而放电坑的形成与脉冲电流直接相关。脉冲宽度的大小标志着单个脉冲能量的强弱, 因此脉冲电流对加工表面粗糙度的影响最显著。由于粗糙度值的大小取决于放电坑的大小, 所以在选择电参数时, 脉冲宽度是优先选择, 通过减少脉冲宽度来降低放电能量大小, 来降低表面粗糙度。
采用苏州长风机床DK7732-E快走丝快走丝线切割机床, 钼丝的直径为ф0.18mm, 加工材料为45号钢, 乳化液作为加工介质。在加工中选择不同脉宽及电流幅值, 结果在脉宽相同的情况下, 电流幅值越大, 表面粗糙度越大;而在电流幅值相同时, 表面粗糙度随脉宽的增加逐渐增大。因为脉冲宽度与放电能量成正比, 脉冲宽度越大, 每一周期放电时间所占比例就大, 切割效率就高, 此时加工稳定, 但放电间隙大, 工件表面粗糙度就差;然而, 脉冲宽度小, 加工表面质量高, 但切割效率低, 加工稳定性差;而在一定的放电时间内, 电流幅值的提高也将使脉冲能量增大, 但这将导致放电坑直径和深度的增加, 从而使表面粗糙度增大。可见, 随着单个脉冲能量的增大, 每次放电的去除量相应增加, 加工速度虽然可以得到提高, 但是表面粗糙度将随之恶化。因此, 对于线切割精加工而言, 采用小的脉冲宽度和脉冲电流可获得良好的表面粗糙度。但是, 采用过小的脉冲宽度, 切割速度会因放电能量小而越慢;脉冲电流太小, 将不能产生放电火花, 无法正常切割。一般来说, 精加工时, 脉冲宽度可在20~30μs选择;粗加工时, 可以在30~80μs内选择。加工电流达到短路电流 (人为短路) 的70%~75%为最佳。
3.2脉冲间隔 (t0)
脉冲间隔对切割速度影响较大, 同时影响了切削效率, 脉冲间隔越小, 单位时间放电加工的次数越多, 因而切割速度也越高。同时, 电参数选择不合适也是引起断丝的一个重要原因。因此根据工件厚度选择合理的电参数, 将脉冲间隔拉开些, 有利于熔化金属微粒的排出, 更有利于消电离, 同时峰值电流和空载电压不宜过高, 否则使单个脉冲能量变大, 切割速度加快, 容易产生集中放电和拉弧, 引起断丝。根据工件厚度选择合适的脉冲间隔:脉冲间隔不能太小, 否则容易产生短路, 也不利于冷却和电蚀物的排出;脉冲间隔过大, 将影响表面粗糙度及加工速度。当切割厚度较大的工件时, 应尽量选用大脉宽电流, 适当加大脉冲间隔, 以充分消除放电产物, 形成稳定切割。要增强排屑效果, 提高切割的稳定性, 一般脉冲间隔在15~250μs范围内基本能适应各种加工条件。
3.3切割速度 (V)
走丝速度对切割速度具有一定影响, 随着走丝速度的提高, 切割速度将明显增加。但是, 走丝速度越快引起电极丝较大的振动而使工件表面质量恶化。因此, 在保证加工质量的前提下, 选择一个合适加工速度的确定合理走丝速度, 一般走丝速度在2~15m/s。最佳切割速度范围可参照设备说明选择或试验确定, 由于材料的厚薄度, 材质不同, 熔点高低, 热导率大小以及熔化后的表面张力等因素, 切割速度也相应的变化。
3.4加工电压U
一般认为电源正常输出电压即为切割电压。线切割机通常有较高的空载电压和工作电压, 当电流一定时, 电压的提高意味着切割能力的提高, 但是易造成电极丝振动, 工件表面粗糙度变差, 加工精度有所降低。一般选择原则如下:高度在50mm以下的工件, 加工电压选择在70V;高度在50~150mm的工件, 加工电压选择在90V;高度在150mm以上的工件, 加工电压选择在110V。根据经验, 采用苏州长风机床有限责任公司生产的DK7732-E快走丝快走丝线切割机床, 切割厚度小于35mm的普通钢件时, 当电压表指针在75V左右、电流表指针在 (2.0±0.5) A时, 选定的电参数比较合理, 获得的加工质量较高。良好的加工质量与工件材料、切割形状、电参数、工作液等具有密切的关系, 在实际的生产中需要结合各种因素, 不断调整电参数才能满足各项加工要求。
4结论
在快走丝线切割加工中, 电参数的选择至关重要, 它们直接影响加工质量和加工效率的高低, 在切割加工中它们又相互影响, 所以在操作快走丝机床选择电参数时, 必须根据工件材料、电极丝直径、加工质量、加工表面粗糙度和加工效率的要求等条件来选择相应的电参数, 从而获得满意的加工结果。
参考文献
[1]赵万生.特种加工技术[M].北京:高等教育出版社, 2003.
[2]陈洪涛.数控加工工艺与编程[M].北京:高等教育出版社, 2006.
[3]张学仁.电火花线切割加工技术工人培训自学教材[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2008.
切割参数 篇2
关键词:低压水切割机;锚索切割;井下作业
中图分类号: TD82 文献标识码: A 文章编号: 1673-1069(2016)30-165-2
0 引言
由于我国煤矿较多,在进行煤矿开采时较易发生一定煤矿安全事故,近年来,煤矿安全事故已经引起了社会各界的广泛关注。煤矿开采需要进行煤矿巷道的挖掘,经常会出现断层带,且断层带顶板会出现煤质疏松现象,必须通过支护保障巷道的继续挖掘和畅通。此时则需要单独使用锚杆支护加固,必要时需要采用锚索深入顶板岩层进行深不稳定,因此,必须要大量使用锚索。随着煤矿开采工作的进行,工作面后方的巷道顶板并不能够随进度而放顶造成后不出现较大的悬顶。同时,为了避免出现通风死角造成瓦斯聚积或者瓦斯超限,则需要应用相应的锚索切割技术将其拆除,创造有力的通风条件。鉴于此,有必要对低压水切割机解决煤矿井下锚索切割的应用做出分析和研究。
1 传统切割方式与低压水切割技术
1.1 传统切割方式缺陷
煤矿井下作业具有高压水、高温、高湿、粉尘与瓦斯等特征,环境十分复杂多变,对煤矿工作人员的生命安全存在严重威胁,尤其巷道顶板事故近年来更加频发。因此,煤矿井下作业必须要对巷道进行支护。但是,随着井下作业进程的推进,亦需要对支护进行维修与拆除,此时在锚杆与锚索的切割中采用传统切割方式便会产生静电与明火,该点为煤矿井下作业严令禁止的内容。产生该种情况的主要原因在于,传统切割方法为热切割,并不适合在煤矿井下比较复杂且危险的作业环境中应用。应用热切割进行锚索切割时一般会采用手动切割的方式。此时,对锚索的钢绞线进行切割时,无论切割或者拖拉锚索均需要通过人工完成,难以具有较高的切割效率,安全亦无法保障,例如会发生切割片碎裂崩出伤人,手动切割会产生火花进而引起爆炸或者锚索线弹出伤人等诸多危险情况。由此可见,煤矿井下作业中对锚索进行切割时,必须要采用更加安全的切割技术保障作业与人身安全。
1.2 低压水切割技术优势
水射流技术源于“水滴石穿”,是指普通的水在长时间的下滴中亦能够将石头穿透。水射流技术能够将一定量的水通过泵送使其到达高压管路中,再经过喷嘴射出,喷嘴的孔径必须要小于高压管路的直径。同时,若要定量的水能够顺利喷出,必须要加快喷水的速度,以便形成射流。通过水射流,能够有效地切割、磨削、粉碎与冲蚀,且切割的过程中并不会出现粉尘、火花,亦不会产生有毒气体,比较适用于环境复杂且危险性较高的煤矿井下开采作业。
研究者根据水射流技术逐渐研究成功低压水切割技术,并且制造和应用了水切割机。一般情况下,水切割机分为有砂和无砂两种,无砂切割效果不佳,基本没有得到推广和应用,当前所能够见到的,处于使用中的基本均为有砂切割。低压水切割机能够在易燃易爆的环境下,进行安全可靠的切割、破拆作业,在石油化工、煤矿等企业的易燃易爆环境的切割作业,水切割能够从根本上有效杜绝明火或高温引起的火灾和爆炸事故发生,实现安全生产。与此同时,其可以在井下任何有水、有电地点,延长100m进行全方位切割作业。而前混合式供料系统,45MPa工作压力,可以切割100毫米以内任何材质,最大工作压力50MPa,可切割160mm以内任何材质。由于低压水切割机具有相对比较小的体积,能够被广泛应用,受到了多个行业的认可。
2 煤矿井下锚索切割对低压水切割机的应用
由于传统切割方法进行煤矿井下锚索切割时具有比较高的危险性,且效率比较低,可以选择采用低压水切割机设备进行更加安全、便捷的锚索切割。便携式的低压水切割机体积比较小,能够通过液压或者防爆电动机进行驱动,与煤矿井下比较复杂的作业环境相适合。
煤矿井下锚索切割所使用的低压水切割机一般分为主机和切割工装两个部分,其中,主机属于磨料射流的发生设备,而切割工装则相应辅助完成切割执行工作。主机一般由驱动系统、水路循环系统、增压系统和控制系统组成,对于矿井下锚索切割的低压水切割机驱动系统一般为液压站或者防爆电动机。切割工装则包括软轴、手柄、割枪、调节杆、支架等。
采用低压水切割器进行煤矿井下锚索切割时,一般会从索具的根部入手切割,朱亚奥目的在于将锚索的钢绞线切断,逐步将钢绞线与索具拆除,最后拆除锚索。正式切割时必须要将割枪对准索具的根部,沿相连的钢绞线进行小幅度摆动,并且通过对手柄进行控制准确切割。一般在切割时,在枪嘴上加工装,由人工进行操作,水枪正前方有效切割距离大约30cm左右,具有一定安全性。切割时亦需要进行支架的架设,避免出现切割器意外脱落而造成严重事故的情况。另外,辅机与主机之间一般通过套管相连接,该套管以及调节杆均需要采用螺钉将其紧定,避免出现松动脱落的现象。套管一般要从索具的下部套入,且要与索具紧固,以便保证切割作业具有良好的稳定性。割枪在切割前以及切割时均要准确的调节角度,且不要大进度的进行切割,而要小幅度的推进。锚索的切割必须要保证完全切断,以此促使索具自动脱落,具体的切割方式示意图如下所示:
<E:\123\中小企业管理与科技·下旬刊201610\97-197\60-1.jpg>
低压水切割机切割方式示意图
通过该试验可以发现,低压水切割机能够良好的执行切割任务,且在切割的过程当中所产生的温度一直控制在100℃以内,并不会引燃瓦斯。由此,在煤矿井下瓦斯浓度不定的条件下采用低压水切割机进行锚索的切割,将不会引发瓦斯爆炸的情况,具有比较良好的安全性和稳定性,消除了传统热切割方法在作业中所存在的隐患。
3 低压水切割机的应用趋势
我公司所生产的低压水切割机设备可以在煤矿井下任何有水、有电地点,延长100m进行全方位切割作业,前混合式供料系统,45MPa工作压力,可以切割100mm以内任何材质,最大工作压力50MPa,可切割160mm以内的任何材质。国家安全监管总局、国家煤矿安监局等均对我公司水切割机十分关注,给予了高度的评价和认可,建议高瓦斯矿井推广使用低压水切割机,以保障高瓦斯矿井安全作业,杜绝安全事故隐患的发生。与此同时,国家煤矿安监局技术装备司认为,该产品应研制专用工作,在煤矿多领域推广应用,促使其解决煤矿作业中的安全问题,保障煤矿井下作业和工作人员生命安全。
4 结论
综上所述,低压水切割机主要应用了水射流技术,能够有效地、便捷的、快速的、高效的进行煤矿井下锚索切割,且能够将锚索整体性的拆除,弥补了传统热切割方式所产生的不足。与此同时,低压水切割机在切割的过程中,通过架设相应的支架,首先对支护索具进行切割,能够有效避免巷道顶板垮落的现象,切割过程中亦不会出现静电、明火以及有害气体,温度始终能够控制在100℃以内,不会引燃井下瓦斯,造成爆炸危险,值得煤矿等行业应用并推广。
参 考 文 献
[1] 纪新刚.低压水切割机解决煤矿井下锚索切割的应用[C].第十届全国采矿学术会议论文集——专题四:机电与自动化,2015.
切割参数 篇3
激光切割技术具有加工精度高、加工速度快、污染小、省料、柔性好、加工范围广等优点,因此在工业领域得到了广泛应用[1,2]。要使激光切割达到较好的效果就必须分析激光切割工艺参数的影响[3,4]。本文利用光纤连续激光器对0.3 mm厚度的不锈钢进行激光切割实验和研究,主要分析离焦量、激光功率、切割速度和调制频率对切缝宽度的影响。
1 实验设备
本文采用连续光纤激光切割机,其结构示意图如图1所示。实验材料为0.3 mm厚的不锈钢薄板,激光器波长为1.06μm,最大功率500 W,聚焦镜焦距50 mm,占空比为50%。
2 工艺实验
2.1 离焦量对切缝宽度的影响
实验参数为激光功率50%,速度50 mm/s,占空比40%,调制频率2,加速度/减速度100 mm/s,辅助气体为O2。实验曲线如图2所示,在焦点处切缝宽度最窄,达到光斑的大小,大概在0.05 mm左右,切缝比较光滑,反面无挂渣现象。随着离焦量的增加或者减少,切缝宽度都变宽,切割效果也变差。图3给出了不同离焦量切缝宽度的对比图。
2.2 功率对切缝宽度的影响
在离焦量为0的状态下,选取调制频率为3 kHz,速度为100 mm/s,图4给出了功率对切缝宽度影响的实验曲线。在功率小于50 W时,不能切开0.3 mm厚的不锈钢薄板;功率在30%~50%之间,切缝宽度变化较小,切缝质量较好,表面氧化不严重;当功率继续增大时,切缝逐渐增宽,切缝质量逐渐变差,且切缝表面氧化严重,切缝边缘明显变粗糙,反面挂渣严重,因此在切割不锈钢薄板的时候不能选用较大的功率。
2.3 切割速度对切缝宽度的影响
选取功率为50%,调制频率为3 kHz,图5给出了切割速度对切缝宽度影响的实验曲线。速度为70 mm/s时,不锈钢表面氧化严重,缝隙较宽。随着速度的增大,表面氧化现象减少,切缝宽度也变小,切边平行度好,切面平整;随着速度的继续增加,大于150mm时,工作台稳定性变差,材料不能吸收足够的能量,切边平行度变差,不能切透,所以切割速度大概在100 mm/s比较好。
2.4 调制频率对切缝宽度的影响
选取功率为50%,速度为100 mm/s。调制频率如果小于1%,则不能将不锈钢薄板切开。调制频率为1.5%时,切割效果很差,能够看到圆斑之间相邻现象,如图6(a)所示。调制频率大于1.5%时,切割效果明显变好,切缝宽度变化不大,切缝边缘变得光滑。调制频率大于3.5%时,不锈钢薄板表面氧化变严重。调制频率为3%时,相对效果最好,如图6(b)所示。
3 结语
利用连续型光纤激光器对0.3 mm厚的不锈钢薄板进行切割的过程中,离焦量、切割速度和切割功率对切缝的宽度和切缝的质量影响比较大,对于这种薄板,离焦量选择零点位置比较好,随着切割功率的增大,切缝宽度逐渐增加,但表面氧化也会变严重;随着切割速度的增大,切缝宽度逐渐变小,而切割质量在某个速度范围比较好,所以在实际工作中,应该综合考虑多个因素,在保证切缝质量的情况下,提高切割速度,并选择合适的调制频率,以达到最佳的切割效果。
摘要:;利用连续光纤激光器对0.3mm厚不锈钢薄板的切割工艺进行研究,分析了离焦量、激光功率、切割速度和调制频率对切缝宽度和切缝质量的影响。实验结果表明,实际应用时,不能只考虑一个因素,应选择适当参数,以获得所需的切缝宽度和较好的切缝质量。
关键词:光纤激光切割机,离焦量,功率,切割速度,调制频率,切缝宽度
参考文献
[1]张永康,周建忠,叶云霞.激光加工技术[M].北京:化学工业出版社.2004
[2](日)金冈优.激光加工[M].北京:机械工业出版社.2005
[3]鄢锉.李力钧.李娟,等.激光切割板材表面质量研究综述[J].激光技术,2005,29(3):271~274
切割参数 篇4
电火花线切割加工过程是典型的多元非线性系统,传统的线切割加工,试验的次数很多,诸多因素影响零件的表面质量和加工效率。各因素之间存在着交互作用的各种影响,大多是在经验的指导下选择加工参数来满足加工工艺的要求。在实际的生产中很不经济,而且往往也不能达到理想的工艺要求[1],而零件的表面粗糙度是衡量零件质量和机床加工效能的一个重要指标,零件的加工速度是衡量加工效率的主要参数。这两个参数往往是人们追求的主要对象。本文得出了高速走丝线切割加工机床的较优加工参数,主要是在考虑了这两个指标的影响下,通过优化试验设计来完成的。
1 加工机理
电火花线切割:来蚀除多余的金属,以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求,是一种基于工具和工件之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象。一般经过以下几个阶段:极间介质的电离、击穿、形成放电通道;介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀;电极材料的抛出不;极间介质的消电离等过程[2]。
目前,国外的电火花线切割机床加工表面粗糙度一般达到Ra<1μm,加工精度一般为(0.005~0.01)mm,而且目前电火花线切割机床在电源稳定,我国的线切割加工表面粗糙度一般为Ra1.25~2.5μm,加工精度大都为(0.01~0.02)mm,显然不能满足高精度模具的加工要求,加工表面质量等方面都还存在着有待提高之处。这些问题一直困扰着加工单位,严重影响了生产效率,降低产品的质量甚至使产品报废。多数电火花线切割机床普遍存在加工不稳定的现象,因此研究慢走丝电火花线切割加工精度的影响因素有重要意义。
2 电火花线切割加工技术
电火花线切割技术,是通过电极丝和工件之间产生的电火花电蚀工件来完成的,在电源稳定以及加工表面质量等方面还存在有待提高之处,电火花线切割技术现在处在高速发展的阶段,放电能量的大小会直接影响到工件表面质量。电极丝作为加工中的重要元素,它的各种机械参数也会对工件加工精度产生影响。工具电极和工件被加工表面之间需要保持一定的间隙:如果间隙过小,很容易形成短路接触从而不能产生火花放电;而如果间隙过大,会导致极间电压不能击穿极间介质而不能产生火花放电。
3 实验安排与数据分析
3.1 实验安排
本课题的实验在DK7732快走丝电火花线切割机床上完成。本实验将采用工件的表面粗糙度作为衡量加工精度的指标,实验过程中改变不同的参数来研究加工精度和加工效率的变化。实验中用到的电极丝为0.18mm钼丝;采用JB-4C精密粗糙度测量仪来测量工件表面粗糙度;工作液为皂化液;所加工的材料为45号优质钢。加工效率指标采用平均加工速度来表示。
3.2 试样制备和试验方法
3.2.1 试样制备试样尺寸为60mm×50mm×5mm的长方体精加工件,其主要化学成分如表1所示。
分别对切削用量安排三因素三水平正交试验,采用L9(33)交互作用正交表,各因素各水平选取值见表2。
按照上述的试验方案,试验选择L9(33)正交表,考虑到各因素之间交互作用的影响,安排试验后,其方案如表3所示[4]。这是一个典型的多目标函数,且目标的追求特性是不一样的,对于工件表面的粗糙度来说,为了保证质量,当然是越小越好,考虑的是望小特性。而对于加工速度来说,从经济性来考虑,当然是越大越好,考虑的是望大特性。因此,本文结合多目标试验数据处理中的加权综合评分法的原理,利用模糊数学的思想[5],把多目标转化成单目标来进行分析,此处以加工速度的权值为50%,表面粗糙度的权值为50%为例来进行分析,具体权值的分配按照实际的生产需要来进行百分制的安排,加权综合评分值的计算公式为:Mi=a×Mi1+b×Mi2(1)
式中:Mi2为表面粗糙度,以最大值为基准,最大值为1分,按照减小的顺序每小于一个单位加1分;Mi1为加工速度,以最小值为基准,最小值为1分,每大于1个单位加1分,小数部分可进行圆整;a为权值70%;b为权值30%。
为了进一步得到优化的结果,从图中可以看出各因素的发展趋势,可作进一步分析,画出各因素的趋势图,如图1a、1b、1c所示,以每个因素的实际位级用量为横坐标,其试验结果综合评分值为纵坐标。
3.2.2 试验结果分析
放电峰值电流Ie该参数是决定单脉冲能量的主要因素之一。从由表3和图1a可知,随着峰值电流Ie不断增大,Ie增大时,切割速度提高,表面粗糙度增大,综合评分值选(Ie)2时最大,一般对于快走丝线切割机床Ie取15~40A,平均电流小于5A,故选(Ie)2。在实际操作过程中随着Ie增大时,电极丝损耗比加大甚至断丝。放电脉宽时间对切割速度、表面粗糙度等都产生重要影响,它是单个脉冲能量的决定因素之一,也是指脉冲电流持续的时间。从由表3和图1b可看出,增大放电脉宽时间,可以提高切割速度,在其它条件不变的情况下,工件表面粗糙度也会随之变大,综合评分值选(Ti)2时最大,这是因为放电能量使得放电痕也会增大,这个会影响到工件表面粗糙度,放电量的增大会使放电过程中的热膨胀和局部微爆炸作用增强。与此同时电蚀物也随之增加,在实际操作过程中课观察到,当放电脉宽时间超过某一范围时,如再增大放电脉宽时间,容易引起断丝,电蚀物来不及排除,使加工变得不稳定,大大降低切割速度,故选(Ie)2。从由表3和图1c可知,to不能过小,以免引起电弧和断丝,脉冲间隔to减小时平均电流增大,切割速度正比加快。综合评分值选(T0/Ti)3最大,取T0=5ti。特别在刚切入,或大厚度工件加工时,应取较大的to值。由以上分析可见,本试验选取的各因素水平中,使综合评分值最高的优化组合为(Ie)2(Ti)2(T0/Ti)3。即峰值电流为20A脉冲宽度为8s,脉间/脉宽为5。当对不同材料,不同厚度的零件,可以借鉴本试验结果,进一步试验得到比较合适的电参数。
4 结论
本文的主要创新点在于:
(1)采用正交试验的方法,减少了试验的次数,缩短了实验周期,提高了效率和效益;(2)利用正交试验的方法,优化了电火花线切割机床加工工艺参数,提高了加工件的质量;(3)利用正交试验的方法,得出了电参数与加工速度和表面粗糙度之间的联系,为进一步研究电火花线切割加工工艺规律提供了基础。
参考文献
[1]黄瑞宁,狄士春.基于均匀设计的微细电火花线切割加工工艺规律研究[J].电加工与模具,2005(1):12-15.
[2]刘晋春,赵家齐,赵万生.特种加工[M].北京:机械工业出版社,2004.
[3]杨亚琴,王金娥.电火花线切割加工工艺的优化[J].现代机械,2009(4):77-78.
[4]王式安.数理统计[M].北京:北京理工大学出版社,1994:45-48.
切割参数 篇5
关键词:蜂窝复合材料,直刃刀,超声复合切割,运动学,切割力
0引言
Nomex蜂窝复合材料具有高比强度、高比刚度、低密度、耐腐蚀、良好的绝缘性能以及吸振性能好等优异特性,目前已广泛应用于航空航天结构件以及具有特殊要求的其他领域中[1,2,3]。其组分为芳纶纤维细短,韧性极强,其轴向正交平面受力容易变形,切削性差,是典型的难加工材料。传统的数控高速铣削加工时,蜂窝复合材料表面容易出现纤维断裂、基体开裂、毛刺、外形缺陷等现象,这些加工缺陷及损伤大大降低了蜂窝芯结构件的性能,从而影响了产品的安全性能和使用寿命[4,5]。
针对传统加工存在的这些问题,近年来国内开始引进超声复合切割技术应用于纤维复合材料的加工,在一定程度上解决了传统铣削加工存在的问题,目前国内对超声复合切割技术的研究还处于初级阶段。高军等[6]对照现有的铣削加工分析了超声复合切割技术在复合材料中的加工特点和优点。高涛等[7]对直刃刀及圆盘刀两种刀具的在超声切割蜂窝复合材料的走刀路径、加工刀具控制等加工工艺进行了研究。宋清华等[8]进行了碳纤维预浸料厚坯超声复合切割试验研究,得到切割温度、切割速度以及切割能量等参数对加工质量的影响规律。从目前国内对超声复合切割复合材料的研究成果可知,大部分研究还集中于超声复合切割技术特点和成型原理的分析上,还没有学者对超声复合模式下刀具运动学和刀具受力情况进行研究,缺乏系统化的超声复合切割机理研究,以至于工艺参数的合理选择缺乏理论指导。
本研究以蜂窝复合材料粗加工直刃刀为例,基于直刃刀超声复合切割蜂窝材料加工工艺及运动学分析,推导建立超声切割力理论模型,依据理论模型,进行有超声和无超声切割蜂窝复合材料的切割力对比分析,论证超声加工可有效地降低切割力,并通过仿真分析工艺参数对切割力的影响规律。
1蜂窝复合材料超声复合切割的直刃刀加工特点
蜂窝芯材料是一种芳纶短纤维组成的多孔薄壁结构,几何示意图如图1所示。图1中,正六边形的孔格边长为2 mm ~ 5 mm,单层壁厚在0. 05 mm ~ 0. 15 mm之间,习惯上将X - Y平面内的性能称为蜂窝的面内性能。对于正六边形蜂窝芯,垂直于轴向方向的面内等效弹性模量和泊松比分别相等[9],因此可以将正六边形蜂窝材料看作横观各向同性材料即正交各向异性材料。
蜂窝复合材料特殊的材料组分和空间结构,使得切割过程中刀具与工件的接触作用复杂,为了简化分析计算,笔者在本研究中把蜂窝复合材料模型简化看作均质实体的正交各向异性材料模型[10,11]。
直刃刀的结构如图2所示。蜂窝芯结构件直刃刀超声切割加工示意图如图3所示。Z轴确定切割深度,X轴和Y轴的联动决定走刀方向。为了保证加工过程的稳定性,一般情况下直刃刀的刀轴在走刀平面内要倾斜一个角度,形成刀倾角θ,为了提高材料去除效率,走刀过程中刀平面y'oz'还将摆转一定角度,与走刀平面形成刀偏角α,沿着加工目标曲面上的加工轨迹线进行一次走刀后,刀具以走刀平面为对称面,摆转2α角度,再沿着同一条加工轨迹进行第二次切割,两次加工完成后,去除的材料形成“V”型切屑。结构件加工表面呈“V”形凹槽。
H,l,t,θ—蜂窝胞壁单元的高度,孔格边长,单层壁厚和单元六边形的棱角
H,D,b,δ,γ,LD—刀具的高度,厚度,最大宽度,刀尖角,刃面夹角,切割刃宽度
2蜂窝复合材料超声复合切割刀具的运动学特性分析
直刃刀超声复合切割蜂窝复合材料过程中,刀具相对工件的合运动由两个分运动合成: 一个是刀具沿其轴线方向( Z') 振动; 一个是刀具沿其加工轨迹的进给运动。本研究在讨论中假设刀具沿Y坐标正向切割,且假设Y方向为速度的正方向。当超声波以振幅为A、频率为f作用于刀具上,并且刀具沿Y正向以速度为νe进行切割时,刀具轴向振动位移si、振动速度vi和刀具振动速度在Y方向上的速度分量vwi分别表示为:
1—蜂窝芯结构件; 2—直刃刀; 3—切屑; 4—加工轨迹
在Y方向刀具相对工件的合位移和合速度分别为:
在超声切割过程中,由于刀具的周期振动,刀具与工件并没有始终保持接触,而是“切割—空切—切割”的周期性变化过程。刀具在Y方向上运动位移和速度的变化曲线如图4所示。
由图4可知,在t1时刻,刀具在Y方向的合速度ν为零,此时是刀具切入材料最深的时刻; 由t1~ t2,合速度ν < 0且swi> se,表示刀具向背离切割方向运动,刀具和材料仍然保持接触,但不再进行切割运动,直到t2时刻,swi= se且合速度ν < 0,此时是刀具与工件将要发生分离时刻; 由t2~ t3,合速度ν < 0,刀具继续向背离切割方向运动,刀具与工件之间的距离逐渐增大,直到t3时刻,刀具合速度ν = 0,刀具与工件的距离不再增大,此时是刀具与工件的相距最远时刻; 由t3~ t4时刻,刀具合速度变为正值,刀具与工件又开始接近,直到t4时刻,刀具振动位移在Y方向的分量位移si和进给运动的位移se相等,此时刀具与工件又重新发生接触进入切割状态。
由上述分析可知,在t2时刻,则有:
到t4时刻刀具与工件又重新接触,则有:
由以上分析可知,从t2~ t4期间,刀具与工件始终处于分离状态,则有一个振动周期内刀具的有效切割时间为:
3蜂窝复合材料超声切割力建模
3. 1 无超声作用蜂窝复合材料剪切破裂所需切割力
直刃刀切割蜂窝复合材料是一个刀刃对材料的剪切过程。当切割力达到引起蜂窝复合材料剪切破裂的分离抗力时,材料发生剪切破裂。当切割速度恒定时,认为刀具切割稳定,此时切割力保持不变。当被切割材料受到的因切割力而引起的剪切应力达到材料的等效抗破强度τ时,材料沿着直刃刀切割的方向一点一点地被剪切破裂。刀具与材料切割分析图如图5所示。
假设FL为蜂窝复合材料剪切破裂的分离抗力,Fs为无超声作用下刀具作用在材料上的切割力。在蜂窝复合材料简化模型的条件下,蜂窝复合材料剪切破裂的分离抗力FL为:
式中: SABCD—图5所示的在切割过程中刀刃面与蜂窝复合材料的有效接触面积,即图中阴影部分。
在被切削平面PHMN上,由几何关系推导得:
式中: hD—工件被切削平面PHMN的高度,hD= ap/cosα; ap,α—刀具的切割深度,摆角。
蜂窝复合材料剪切破裂所需的切割力Fs与分离抗力FL之间存在如下关系[12]:
式中: tanφ/2 = tanγ/2·sinθ。
由式( 9,11) 得知,在无超声条件下蜂窝材料剪切破裂所需的切割力Fs为:
3. 2 蜂窝复合材料超声切割力
超声复合切割实际上就是在普通切割的基础上给刀具沿其轴向施加超声波振动。此时材料上所受到的力包括刀具做切割运动时产生的作用力和刀具在超声波振动作用下产生的冲击力。
超声复合切割过程中超声波振动使刀具产生瞬时高速冲击力。假设在超声振动切割过程中工件受力均匀。由动量定理知,一个振动周期内刀具对工件的平均冲击力可以表示为:
式中: M—刀具的等效质量; v2,v4—刀具与工件开始分离和接触时刻的速度。
将超声复合切割过程中刀具做切削运动时作用在材料上的力,称为超声切割力,记为F's。超声复合切割过程中,蜂窝复合材料被切断时,超声切割力F's和振动平均冲击力的合力作用于材料而引起的剪切应力必须要达到蜂窝复合材料剪切破裂的分离抗力FL,即:
将式( 6 ~ 8) 求解得到的t2、t4代入可知,2πf Acos( 2πft4) - 2πfA cos ( 2πft2) > 0,t2+ T - t4> 0,由式( 12 ~ 14) 得超声切割力F's为:
由上式比较分析可知,有超声条件下刀具切割作用力即超声切割力F's明显小于无超声条件下刀具切割作用力即普通切割力Fs,从而说明与普通切割相比,采用超声复合切割蜂窝复合材料可以有效地减小切割力。这主要是由于施加超声波振动能量后,刀具与工件形成一个周期性的时切时离断续切割过程,分离特性改变了刀具与工件的接触条件,缩短了刀具和工件之间的摩擦时间,同时在振动切割过程中刀具对加工材料产生瞬时高速冲击力作用,改变了材料的性能,使得蜂窝复合材料更易于断裂,从而减小切断材料所需的切割力。
4工艺参数对超声切割力的影响规律分析
4. 1 刀具结构参数对超声切割力的影响规律
基于已建立的切割力理论模型,笔者以如表1所示的超声复合切割蜂窝复合材料加工参数为例,研究刀尖角及刀刃面夹角对超声切割力的影响。采用Matlab软件仿真分析得到的结果如图6所示。
由图6( a) 、6( b) 可知,切割力随着超声波振幅的增大而减小,而随着刀尖角及刀刃面夹角的增大而增大。从图中可看出切割力与刀尖角近似呈非线性关系,切割力与刀刃面夹角呈非线性关系。对比图6( a) 、6( b) ,可以看出刀刃面夹角对超声平均切割力的影响比较显著,其次是刀尖角,振幅对切割力的影响较小。综合以上分析得出,在满足加工需求的条件下应尽可能地选择较小的刀尖角和刀刃面夹角,减小切割力,以达到提高加工质量的目的。
4. 2 切割参数对超声切割力的影响规律
本研究以如表2所示的超声复合切割蜂窝复合材料加工参数为例,研究切割参数刀具摆角、刀具前倾角对超声切割力的影响,采用Matlab软件仿真分析得到的结果如图7所示。
本研究采用Matlab软件仿真分析得到的图形如图7所示。由图7( a) 、7( b) 可知,切割力随着刀具摆角的增大而增大,随着前倾角的增大而减小,切割力与刀具摆角和前倾角呈非线性关系。从图7中可以看出,刀具前倾角对切割力的影响比较显著,刀具摆角相对较小。综合上述分析可知,在满足加工需求的条件下,尽可能地减小刀具摆角,增大前倾角,以提高工件的加工质量。
5结束语
本研究得到如下结论:
( 1) 基于刀具运动学特性分析建立了包含刀具结构参数和切削参数的超声切割力理论模型。
( 2) 与普通切割加工相比,采用超声复合切割蜂窝复合材料可以有效地减小切割力。这主要是由于超声切割加工是断续切割过程,分离特性改变了刀具与工件的接触条件,缩短了刀具和工件之间的摩擦时间,在振动切割过程中刀具对工件产生瞬时高速冲击力作用,改变了材料性能,使得蜂窝复合材料易于切割,从而减小材料被切断时的所需切割力。
( 3) 切割力随着刀尖角、刃面夹角、刀具摆角的增大而增大,随着前倾角的增大而减小。刀尖角、刀刃面夹角对切割力的影响较为显著,其次是前倾角,刀具摆角对切割力的影响最小,为以后工艺参数的合理选择及优化提供了重要的参考依据。
参考文献
[1]吴福忠,柯映林.纸基蜂窝零件固持系统中填料及填充区域优化方法[J].机械工程学报,2005(5):165-170.
[2]CASTANIEA B,BOUVETA C,AMINAND Y,et al.Modelling of low-energy/low-velocity impact on Nomex honeycomb sandwich structures with metallic skins[J].International Journal of Impact Engineering,2008,35(7):620-634.
[3]GOMET L,MARGUET S,MARCKMANN G.Modeling of Nomexhoneycomb cores,linear and nonlinear behaviors[J].Mechanics of advanced Materials and structures,2007,14(8):589-601.
[4]CHOON C F,GIN B C,LEONG K S.Mechanical properties of Nomex material and Nomex honeycomb structure[J].Composite Structures,2007,80(4):588-594.
[5]许希武,朱炜垚.复合材料层合板低速冲击后压-压疲劳试验研究及寿命预报[J].工程力学,2013(3):410-423.
[6]崔巍,高军.超声切割技术在复合材料加工领域的应用[J].航空制造技术,2008(4):50-52.
[7]李裕,高涛,骆金威,等.基于超声波机床的蜂窝芯数控加工技术研究[J].机械制造,2013(1):41-43.
[8]李丽丽,宋清华,李勇,等.预浸料厚坯超声切割工艺研究[J].航空学报,2013(6):1445-1451.
[9]胡建国,马大为,乐贵高,等.蜂窝材料率相关本构模型及其在月球探测器中的应用研究[J].振动与冲击,2014(7):114-119,137.
[10]程改霞,郑晓亚,张铎,等.蜂窝夹层结构等效板力学特性研究[J].弹箭与制导学报.2004,24(5):568-573.
[11]富明慧,尹久仁.蜂窝芯层的等效弹性参数[J].力学学报,1999,31(1):113-118.
切割参数 篇6
目前, 甘蔗种植的分布主要在北纬33°至南纬30°之间, 其中以南北纬25°之间, 面积比较集中。甘蔗作为一种经济作物, 在广东、广西、海南、云南、福建等地大面积种植[1,2]。大力发展甘蔗收获机械, 降低甘蔗种植成本, 是蔗糖产业持续健康发展的迫切需要, 甘蔗收获机械在我国具有广阔的市场空间。
切割器作为甘蔗收获机械的一个重要部件, 其破头率是衡量甘蔗收获机械作业质量的一个重要指标[3,4]。破头率过大, 将会极大地影响来年甘蔗的发芽率, 从而直接影响到来年甘蔗的产量。因此, 对破头率的研究具有重大意义。本文主要研究切割器参数单独对破头率的影响。
一、试验因素及其变化范围的选取
影响甘蔗破头率的切割器参数主要有两种:切割器结构参数和切割器工作参数[5]。其中, 切割器结构参数有刀片数量、刀片切割角、刀片刃角、刀盘倾角, 切割器工作参数主要有刀盘转速、前进速度。切割器示意图如图1所示。
α—刀片切割角β—刀片刃角
试验因素:刀片数X1、刀片切割角X2、刀片刃角X3
根据以往经验和国内研究现状[6], 选取试验因素变化范围如下:
刀片数目:2≤x1≤6;刀片切割角:10≤x2≤40;刀片刃角:10≤x3≤25。
二、试验设备与试验材料选取
上世纪80年代, 广西农机研究所研发了甘蔗切割试验平台。对该平台进行改装, 作为本次试验设备。其示意图如图2所示:
1.控制电柜2.电源线与控制线3.甘蔗4.甘蔗夹持器5.夹持器机架6.钢索7.转盘8.切割器调节手柄9、14.SHTS02智能磁感应式转速表10.液压系统11.液压泵12.液压泵驱动电机13.直流调速驱动电机15.离合器16.齿轮箱17.试验台车18.导轨19.变频器20.夹持器支架导向杆21.调速电机22.偏心轮23.电源24.切割器
甘蔗选取广西大面积种植的桂糖21号, 为了保证试验的精度, 取刚收获的甘蔗, 控制其直径在25mm~27mm之间, 刀片材料选取锰钢, 土壤选取硬质土壤, 作为本次试验的条件。
三、试验方案与试验结果
采用单因素试验, 试验指标为破头率, 试验因素水平数为5。
因素水平如表1所示:
每次试验取选取100根甘蔗, 取试验平均值作为试验最终数据。
试验中, 除了需要考虑的因素外, 其余两个因素均取3水平。
试验方案及结果如表2所示。
用SPSS软件对所得数据进行回归分析, 单因素回归模型为:
得出三个不同因素单独与破ˇ头率的回归方程如下:
式 (1) 是刀片数目与破头率的回归方程;式 (2) 是刀片切割角与破头率的回归方程;式 (3) 是刀片刃角与破头率的回归方程。
式 (1) 、 (2) 、 (3) 的方程显著性分别为0.001, 0.065, 0.009, 各回归方程高度显著。
各方程回归系数均在0~0.065之间高度显著。
四、破头率影响研究
根据回归方程, 利用数学软件Mathcad绘制回归方程曲线图及物理试验折线图。
通过曲线, 可以更加直观地反应出各单因素对破头率的影响。
图3为刀片数目与破头率关系曲线。图中实线为回归方程 (1) 的曲线, 虚线为根据物理试验数据而得到的折线。
虚线———物理实验曲线实线———回归方程曲线
图中曲线表明:破头率随着刀片数目的增大而减小。当刀片数目由2片增加到6片时, 破头率由36%左右下降至19%左右。
图4为刀片数目与破头率关系曲线。图中实线为回归方程 (2) 的曲线, 虚线为根据物理试验数据而得到的折线。
虚线———物理实验曲线实线———回归方程曲线
图中曲线表明:破头率随着刀片切割角的增大而减小。当刀片切割角由10°增加到40°时, 破头率由32%左右下降至29%左右。刀片切割角单独对破头率的影响较小。
图5为刀片数目与破头率关系曲线。图中实线为回归方程 (3) 的曲线, 虚线为根据物理试验数据而得到的折线。
虚线———物理实验曲线实线———回归方程曲线
图中曲线表明:当刀片刃角小于16.062°时, 破头率随着刀片刃角的增大而减小。当刀片刃角大于16.062° (曲线极小值) 时, 破头率随着刀片刃角的增大而增大。刀片刃角单独对破头率影响明显。
参考文献
[1]梁栋.浅谈我国甘蔗收获机械的现状及对策[J].热带农业工程, 2005 (4) :3-6.
[2]梁兆新.甘蔗生产机械化发展状况探讨[J].中国农机化, 2003 (2) :14-18.
[3]Kroes S.The cutting of sugarcane[D].Queensland:University of Southern Queenslan, 1997.
[4]Das F C, Gupta C P.Cutting resistance of sugar cane stem[C].Presented at the10th annual meeting of India Society of Agricultural Engineers at Jabalpur, India, 1972:3-5
[5]王汝贵.甘蔗收割机圆盘式切割器工作参数优化研究[D].南宁:广西大学, 2004.
[6]陈国晶.单圆盘甘蔗收割机切割器切割破头率影响因素的试验研究与机理分析[D].南宁:广西大学, 2006.
切割参数 篇7
烧结Nd-Fe-B永磁材料由粉末冶金工艺生产, 具有硬度高、脆性大的特点, 并且热稳定性较差, 随着温度的升高, 其磁通量会下降, 属于难加工材料[1]。目前, 其机械加工主要是通过研磨、磨削、机械切片或电火花加工工艺, 但这也常常导致磁体的剥落、开裂或断裂[2]。本文对电火花线切割加工Nd-Fe-B材料进行了实验研究, 对改善烧结Nd-Fe-B永磁材料机械加工状况、提高产品质量和加工效率具有重要意义。
1电火花线切割加工Nd-Fe-B材料的机理研究
1.1 Nd-Fe-B材料简介
Nd-Fe-B永磁材料以Nd2Fe14B为基体, 其体积分数约为85%~97%, Nd2Fe14B金属间化合物具有复杂的晶体结构, 滑移系很少, 所以室温力学性能较差[3]。烧结型Nd-Fe-B永磁材料的显微组织见图1, 其具有如下特征:①基体相Nd2Fe14B的晶粒呈多边形;②富B相以孤立块状或颗粒状存在;③富Nd相沿晶界或晶界交隅处分布, 沿晶界分布的富Nd相呈薄层状, 把基体相晶粒包围住, 此外富Nd相也有的以颗粒状存在;④在某些烧结型NdFeB永磁材料的显微组织中还可观察到钕的氧化物Nd2O3、α-Fe相和外来掺杂物 (如氯化物) 以及空洞等。
室温条件下, Nd2Fe14B单晶体的磁致伸缩系数具有各向异性, 平行于c (易磁化) 轴方向的磁致伸缩系数仅有垂直于c轴方向的磁致伸缩系数的1/4左右, 当多晶体由高温冷却到室温时, 晶体间会产生很大的内应力, 因此Nd-Fe-B烧结永磁材料的抗热震性能很差, 导致多晶材料室温力学性能差, 抗弯强度仅为300 MPa~350 MPa, 抗拉强度仅为80 MPa, 断裂强度为220 MPa~350 MPa, 脆性很大, 加工难度大。
1.2 线切割加工机理
电火花线切割加工 (Wire Electrical Discharge Machining, 简称WEDM) , 是一种直接利用电能和热能进行加工的工艺[4]。其基本工作原理是:利用连续移动的细金属丝 (称为电极丝) 作电极, 对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。其加工原理见图2。
2实验研究
2.1 实验条件
本次Nd-Fe-B永磁材料电火花加工实验是在数控电火花线切割机床上完成的, 机床型号为汉川DK7732A, 机床输出基准电压为75 V, 最大输出电流50 A, 脉冲宽度和脉冲间隔在1 μs~1 000 μs可调。工具电极选择钼丝, 本实验采用的工件材料为型号N35的Nd-Fe-B永磁材料, 电极和工件材料的物性参数见表1, 实验参数选择见表2。
1—电极丝线滚轮;2—导向轮;3—脉冲电源;4—电极丝;5—导电块;6—导向器;7—工件;8—固定夹具
2.2 实验原理
电火花线切割加工是利用放电热进行的加工, 电极丝接脉冲电源的负极, 工件接脉冲电源的正极。当来一个电脉冲时在电极丝及工件之间产生火花放电, 在放电中心的瞬时温度可高达10 000 ℃以上, 高温使工件局部金属熔化, 甚至有少量气化;高温也使电极丝和工件之间的工作液部分产生气化, 这些气化后的工作液和金属蒸气瞬间迅速热膨胀并具有爆炸的特性。靠这种热膨胀和局部爆炸抛出熔化和气化的金属材料而实现对工件材料的电蚀切削加工。本文利用电火花线切割加工Nd-Fe-B永磁材料, 在实验过程中改变放电参数, 并对加工后的工件表面粗糙度进行机理研究。
2.3 实验过程
用电火花线切割加工Nd-Fe-B材料, 通过在实验过程中改变实验参数, 对比分析放电参数对表面粗糙度的影响。实验中线切割加工Nd-Fe-B永磁材料过程中的走线轨迹和实时加工过程可以从数控显示器上直接看出。
2.4 实验结果
实验中用乳化液作为加工介质, 采用浸没式加工, 通过选择不同的峰值电流、脉冲宽度和脉冲间隔来进行加工, 用手持式粗糙度仪测得不同的表面粗糙度。本次实验采用单因素实验法考察脉冲宽度、峰值电流、脉冲间隔对表面粗糙度的影响。
3放电参数对表面粗糙度的影响
3.1 峰值电流对表面粗糙度的影响
图3为Ue=75 V, ti=16 μs, ts=4 μs时, 峰值电流对Nd-Fe-B工件表面粗糙度的影响曲线。峰值电流较小时, 其对表面粗糙度的影响不明显, 当峰值电流增大到27 A后, 表面粗糙度快速增大。Nd-Fe-B材料所表现出的特点与普通金属材料的电火花加工不同, 这与其独特的机械物理性能有关。当峰值电流较小时, 材料的去除以熔化抛出和气化抛出为主;采用高峰值电流加工时变为热剥落或整体颗粒去除, 材料蚀除物中有棱角的块状颗粒增多, 所以表面粗糙度增加。
3.2 脉冲宽度对加工表面粗糙度的影响
图4为Ue=75 V, Ie=18 A, ti=16 μs条件下脉冲宽度对表面粗糙度的影响。由图4可见, 加工表面的粗糙度值Ra随脉冲宽度的增加而增大, 脉冲宽度的增加会使单个放电脉冲的能量增加, 所以加工所形成的凹坑也大;但是表面粗糙度值与脉冲宽度的相关性不象加工普通金属材料时那么强, 它随脉冲宽度的变化相对比较平缓, 表面粗糙度值变化范围小。
分析原因如下:脉冲宽度越大, 放电时间越长, 放电通道半径的扩展程度越大, 加工所形成的凹坑也大, 在同样的放电电流条件下, 脉冲宽度大则放电通道中的平均电流密度小, 因而爆炸力要小一些, 熔化的液相材料将有一部分留在放电坑痕中, 同时受热时间长, 变质层厚, 因而被加工表面粗糙度值Ra较大;反之, 脉冲宽度小, 放电时间短, 由于冷却液的压缩作用, 使得放电通道扩展速度和程度有限, 在同样的放电电流条件下, 放电通道中电流密度可达到很高, 形成的放电爆炸力较大, 因此, 脉冲宽度小可获得低表面粗糙度值Ra的加工表面。
在脉冲宽度一定的条件下, 放电电流愈大, 则电流密度愈高, 单脉冲能量提高, 温度梯度增大, 热影响层的深度增加, 放电点的表面温度升高, 即放电通道中有更多的带电粒子以极高的速度轰击工件表面, 使放电凹坑变深, 因此放电电流愈大则加工表面的粗糙度值Ra愈大。
3.3 脉冲间隔对加工表面粗糙度的影响
图5为Ue=75 V, Ie=18 A, ts=4 μs条件下脉冲间隔对表面粗糙度的影响。由图5可见, 脉冲间隔较小时, 其变化对加工表面粗糙度的影响很明显, 但当脉冲间隔增大到一定程度时, 表面粗糙度变化不大。脉冲间隔对应消电离的时间, 它为下一个脉冲提供一个稳定的加工前提。在脉冲间隔大于一定值时, 消电离时间充分, 加工屑得以排除, 所以对加工表面粗糙度值没有影响;但是当脉冲间隔小于某一值时, 容易引起电弧放电, 造成加工不稳定, 甚至出现熔化, 损坏材料, 影响表面加工质量。实验中机床的脉冲宽度与脉冲间隔的比率在1∶4~1∶12之间变化, 能充分满足消电离的要求, 所以对表面粗糙度值无明显影响。
4结论
本文通过实验分析得出了放电参数对电火花线切割Nd-Fe-B材料加工表面粗糙度的影响。通过改变不同的峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔参数得出不同的实验结果, 以此得到电火花线切割Nd-Fe-B材料的一组优化参数, 对该材料的加工参数选择具有实际的参考价值。
参考文献
[1]董丽华.数控电火花加工实用技术[M].北京:电子工业出版社, 2006.
[2]任升峰, 张建华.Nd-Fe-B烧结永磁材料的车削加工研究[J].中国机械工程, 2006, 17 (6) :555-558.
[3]R RamakrishnanL Karunamoorthy.Modeling and multi-response optimization of inconel 718 on machining ofCNC WEDM process[J].Journal of Materials ProcessingTechnology, 2008, 207 (1-3) :343-349.