電火花加工TC4鈦合金工件試驗(yàn)研究

山西省中北大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　　常小龍

電火花加工TC4鈦合金工件試驗(yàn)研究

山西省中北大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常小龍

TC4鈦合金廣泛應(yīng)用于航天航海等領(lǐng)域，其需求量較大。本文通過(guò)對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行電火花正負(fù)極性加工，繪制了因數(shù)指標(biāo)趨勢(shì)圖，分析了四種電參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響及其原因，得到了正極性加工可以獲得較好的表面粗糙度的結(jié)論。

電火花加工；TC4鈦合金；正交試驗(yàn)

1　緒論

TC4鈦合金由于其比強(qiáng)度高、密度小、機(jī)械性能好、韌性和抗蝕能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。由于TC4鈦合金的導(dǎo)熱性差、黏性大、切削加工性也較差，在常規(guī)機(jī)加工時(shí)常產(chǎn)生較大的形變［1］。而電火花加工只與材料的熱學(xué)特性有關(guān)，屬于非接觸式加工，無(wú)宏觀作用力，無(wú)明顯的劃痕，加工精度和效率較普通機(jī)加工有很大的提高［2］。本試驗(yàn)主要的目的就是如何能夠高效地加工TC4鈦合金，使其具有較好的表面精度。

2　電火花加工機(jī)理

常規(guī)電火花加工是在合適的工作介質(zhì)內(nèi)，兩電極之間產(chǎn)生脈沖性火花放電，在放電通道內(nèi)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫高壓熔融甚至汽化材料，實(shí)現(xiàn)去除目的，也稱為放電加工或電蝕加工［2］。

3　常規(guī)電火花加工TC4鈦合金試驗(yàn)研究

利用正交試驗(yàn)法［3］進(jìn)行常規(guī)電火花加工分析，在正負(fù)極性加工條件下，總結(jié)脈沖寬度、脈沖間隔、峰值電壓、峰值電流對(duì)表面粗造度的影響規(guī)律。加工現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。由極差分析得到如圖3所示的因數(shù)指標(biāo)趨勢(shì)圖。

圖1　正極性加工現(xiàn)場(chǎng)

圖2　負(fù)極性加工現(xiàn)場(chǎng)

圖3　常規(guī)電火花電參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響

圖3為不同極性對(duì)應(yīng)的四種電參數(shù)分別再同一水平下的表面粗糙度變化趨勢(shì)圖，由圖（b）和圖（d）可以看出曲線的變化率要比圖（a）和圖（c）明顯，這說(shuō)明無(wú)論正負(fù)極性加工，峰值電流和脈沖寬度是影響表面粗糙度的主要因素，間隙電壓和脈沖間隔是次要因素，而且在圖（b）和圖（d）中，負(fù)極性條件下的峰值電流和脈沖寬度影響的變化率又明顯比正極性的大。

在正負(fù)極性條件下，由圖（b）可知，兩條曲線前半段的變化均表明粗糙度隨著峰值電流的增大而變差，并且上升的勢(shì)頭很明顯，但是當(dāng)達(dá)到一定值后，后半段曲線的增長(zhǎng)速度又趨于緩慢；由圖（d）可知，變化曲線在正極性環(huán)境中，呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，而在負(fù)極性環(huán)境中，變化曲線呈現(xiàn)直線上升趨勢(shì)，因此，在脈沖的選擇上應(yīng)考慮極性的影響。峰值電流和脈沖寬度的增加實(shí)際上是使單個(gè)脈沖的能量增強(qiáng)，最初，單位時(shí)間內(nèi)正極性加工中，到達(dá)工件表面的負(fù)電子數(shù)目和負(fù)極性中正離子量是大致相同的，但是正離子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于負(fù)電子的，隨著電流和脈寬的漸漸增加，相同數(shù)目的正離子帶有的能量遠(yuǎn)超于負(fù)電子的，對(duì)工件表面的碰撞作用同樣遠(yuǎn)大于負(fù)離子的，在負(fù)極性加工條件下，工件表面粗糙度比正極性加工的要差。

由圖（c）可以看出，負(fù)極性加工的曲線先減小后增大，但是波峰和波谷差值可以近似忽略，即對(duì)表面粗糙度的影響較小。正極性加工的曲線先下降后上升，但是總體是降低的。增大脈沖間隔使工作液介質(zhì)有足夠的時(shí)間進(jìn)行消電離，同時(shí)在一個(gè)放電周期內(nèi)，減少了脈沖寬度的時(shí)間，削弱了脈沖能量，帶來(lái)了表面糙度的提高，即所謂的慢工出細(xì)活。由圖（a）可知，間隙電壓在負(fù)極性條件下呈現(xiàn)平緩下降趨勢(shì)，正極性變化近似趨于直線，因此其對(duì)表面質(zhì)量影響較小。

綜上所述，無(wú)論加工過(guò)程中電參數(shù)如何選擇，正極性表面粗糙度優(yōu)于負(fù)極性的總趨勢(shì)保持一致。

4　結(jié)論

本文主要分別在正負(fù)極性條件下，進(jìn)行了常規(guī)電火花的加工試驗(yàn)，通過(guò)極差分析，繪制了因素指標(biāo)趨勢(shì)圖，并分析其原因。在正極性條件下，TC4鈦合金工件的表面粗糙度明顯好于負(fù)極性加工條件下的，該結(jié)論具有重要的實(shí)踐與理論意義。

［1］王克錫.鈦合金的電火花加工［J］.機(jī)械工人：冷加工，2004（1）：24-24.

［2］袁根福，祝錫晶.精密與特種加工技術(shù)［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2007：56-68.

［3］任露泉.試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析［M］.北京：高等教育出版社，2003.