電火花加工工藝對金屬材料表面的影響研究

摘 要：金屬模具因為其表面所具有的高硬度屬性，其加工過程大多需要通過電火花加工完成。為了提高加工質(zhì)量、優(yōu)化加工工藝，詳細(xì)研究了電火花加工工藝對金屬材料表面的影響。通過對比電火花線切割所使用的割一修三法和磨削拋光法，綜合分析對金屬材料表面粗糙度、微觀缺陷相關(guān)參數(shù)，從而獲取電火花加工熱應(yīng)力對硬質(zhì)合金表面的影響。旨在為未來金屬材料加工和電火花加工工藝升級提供理論借鑒。

關(guān)鍵詞：金屬模具；高硬度；電火花

中圖分類號：F272文獻標(biāo)識碼：A

在現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)和加工技術(shù)的不斷提高，對金屬加工模具的精度、硬度和綜合使用強度等參數(shù)要求也在逐漸提高。硬質(zhì)金屬材料成為越來越多金屬模具制造所使用的核心材料。但是其金屬材料具有明顯的高硬度、高耐磨性屬性，并且金屬模具自身的使用又對其金屬材料表面光滑度等屬性要求極高，所以傳統(tǒng)常規(guī)的機械加工方法很難對其進行有效的機械加工。目前對金屬材料模具的加工工藝大多使用電火花加工。而合金模具在加工過程中，金屬材料表面很容易產(chǎn)生細(xì)裂紋，從而對金屬產(chǎn)生直接影響。因此探究電火花加工工藝對金屬表面的影響，從而尋找其解決辦法具有非常重要的探究作用。研究表明，在進行電火花加工時，因為金屬表面的能量作用，金屬材料表面會產(chǎn)生不規(guī)則溫度變化域，從而不斷提高其熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力會產(chǎn)生強烈的沖擊力，對金屬表面裂紋產(chǎn)生影響。對此需要從打磨加工工藝角度，對其進行科學(xué)研究。[2]

1 電火花加工參數(shù)儀器設(shè)置

為了詳細(xì)研究電火花加工工藝對金屬表面的影響性，采用實驗探究的方式進行實際對比測試。研究金屬選擇現(xiàn)代金屬模具制造領(lǐng)域常用的Cr12MoV材料。電火花設(shè)備選擇閉路控制電火花線切割機床，電極絲材料選擇為黃銅，直徑為0.1毫米，其切割工藝參數(shù)如表1表2所示。

2 影響結(jié)果分析

借助金屬光學(xué)顯微鏡對金屬樣品進行5000倍以上觀測。可以看出從第一組到第五組，其金屬表面的細(xì)紋缺陷持續(xù)減少。因為切割材料熱量的大小與切割熱應(yīng)力的最大值處于正比例關(guān)系，因此其熱量在條件相同的情況下，與火花電源包括電流有直接關(guān)系。其電源電流輸出功率越大，材料吸收的熱量越多，其表面受到的熱應(yīng)力也就越大，越容易出現(xiàn)裂紋。

此外在第一組試驗樣品中發(fā)現(xiàn)金屬表面重鑄層的出現(xiàn)，經(jīng)過實際檢測，重鑄層有WC和Co組成。經(jīng)過物理性測試，重鑄層硬度和金屬耐磨性均大幅度小于金屬基體，對金屬模具表面加工具有嚴(yán)重影響。在第五組樣品中，沒有明確的微觀缺陷。切割表面問題的產(chǎn)生主要是由于WC和Co產(chǎn)生了嚴(yán)重的熱膨脹現(xiàn)象，歸其原因在于二者的熱膨脹系數(shù)不同。在外部高溫影響下，金屬表面晶界熱應(yīng)力的出現(xiàn)以及其大小變化次數(shù)達到某種交點時，就會產(chǎn)生金屬裂紋。另一方面，Co受到高溫作用比WC先產(chǎn)生蒸發(fā)和去除，受到多重?zé)崮軟_擊后會產(chǎn)生孔洞破裂最終生成裂紋。

3 結(jié)語

針對電火花加工工藝對金屬表面影響進行研究，重點研究了其表面粗糙度和微觀缺陷，獲取如下結(jié)論：采用割一修三切割的方式對金屬進行加工，其表面粗糙度會有所降低，金屬表面細(xì)紋缺陷也會持續(xù)減少，但是不能完全消除，需要繼續(xù)采用打磨工藝，消除金屬表面明顯微觀缺陷。此外通過研究可以肯定，采用上述電火花工藝對金屬表面強度影響較大，需要進一步提高其壓應(yīng)力。

參考文獻：

[1]歐陽波儀.不同電極材料對電火花加工表面粗糙度影響的試驗研究[J].機械設(shè)計與制造，2017，5（11）：146-148.

[2]王璟，祝錫晶，鄒純.工件超聲振動對TC4鈦合金快走絲電火花線切割加工表面質(zhì)量影響的研究[J].熱加工工藝，2017，14（6）：160-162.

作者簡介：王迪（1987-），男，漢族，江蘇徐州人，本科，助理講師，研究方向：數(shù)控加工技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)。