硬质合金气中电火花线切割试验研究

硬质合金气中电火花线切割试验研究

在传统的电线条件加工中，脱离子水或乳液被用作加工手段。根据实践，在使用加工溶液时也存在以下问题：通过使用脱离子水进行加工，导致电铬侵蚀，并在零件表面上产生轻微的孔。由于含有添加剂的水处理液在加工过程中产生了有害气体，因此也存在了处理废液的问题。此外，由于高柔性电极丝的较大静电量和放电爆炸性，加工表面的形状误差容易增加。因此，在低速下延伸加工中，通常采用多次加工参数的方法，如逐渐降低脉冲宽度和其他加工参数，以提高加工精度。然而，在很大的静电量和放电爆炸力的影响下，这不利于提高加工精度。以国枝正典为首的东京农工大学国枝研究室,于1995年前后曾开展了气中电火花加工研究.所谓气中电火花加工,是指在放电加工的过程中,用气体替代传统的加工液,在加工间隙内实现加工屑的排出及起冷却作用的一种新型加工方法.该研究室曾采用回转的管状电极通以压缩气体,进行了气中电火花型腔加工研究.研究结果表明:气中加工时,放电间隙较窄;加工时的作用力较液中加工时小,特别适合用于精加工;工具电极消耗几乎接近于零,且与脉宽无关;其不足之处是加工速度较液中加工时低.一些专题性基础研究表明,气中加工时,放电间隙内一般不存在液中加工时的加工屑漂浮现象,绝缘性能较强,在其他条件相同时,放电间隙比液中加工时小.液体的惯性和粘度远远大于气体,在放电过程中压缩放电通道的能力强,液中放电时会产生比气中较大的爆炸力.但对于电火花线切割加工,工件和低刚度电极丝间的静电力作用将引起电极丝产生挠曲变形,影响加工表面的直线度准确度.通过对电火花线切割时的静电力理论分析得知,在其他条件相同时,静电力与加工介质的相对介电系数成正比.空气的相对介电系数约为1;理论上水的相对介电系数为82,加工时因含有气泡,实际上降至20,因此,气中加工时的静电力值约为液中的1/20.考虑到电火花线切割加工与型腔加工相比具有一定的特殊性,而且硬质合金是一种典型的高熔点、高硬度和高脆性的材料,因此有必要通过加工硬质合金,探讨气中电火花线切割精加工的加工规律.本文描述了在气中进行硬质合金电火花线切割精加工的试验结果.1电火花线切割加工本研究是在采用去离子水和气体介质条件下,进行了放电间隙、直线度、粗糙度、加工速度及折断强度的比较试验研究.试件材料为硬质合金D20,其化学成分见表1,试件预先经过磨削加工,尺寸为24mm×8mm×4mm,线切割加工时的加工厚度为24mm.试验使用SodickBF280L型电火花线切割机床,在水中和气体介质中采用相同的加工参数,见表2.图1为电火花线切割精加工示意图.试验中共采用去离子水、空气、压缩空气和压缩氧气等4种加工介质.在液中精加工时,供液方式和粗加工相同,采用上下喷液嘴同时供液.采用空气介质时,关闭上下喷液嘴;采用压缩气体时,关闭供液开关,通过上下喷液嘴供气.精加工后的试件,采用表面轮廓仪测量表面粗糙度和直线度.为了观察脆性材料经电火花线切割后的表面质量情况,还进行了与磨削表面对比的折断强度试验,如图2.2比较试验2.1不同介质条件对实际切深的影响为了探讨气中电火花线切割精加工时的放电间隙状况,进行了放电间隙研究.放电间隙等于实际切深减去电极丝侧面相对于工件的预置深度,如图3.图4为实际切深的试验结果.当预置深度为零时,实际切深则为放电间隙.采用去离子水、大气和压缩气体时,测得的放电间隙分别为14μm,7μm和3μm.可见,在大气中的放电间隙比在去离子水中小.这说明,在大气中加工时,两极间存在的漂浮放电产物微粒比液中加工时少是气中电火花加工的共性.此外,由于高压气流更有利于将放电产物迅速吹离加工间隙,所以在压缩气体中的放电间隙比在大气中加工时更小.另外,为了比较4种不同介质条件下线切割精加工的特性,在不同加工介质条件下选取适当的预置深度,使其实际切深均保持为5μm.2.2直线度的应用图5是直线度的试验结果,直线度的测量方向平行于电极丝方向.大气中加工时的直线度明显优于液中加工;压缩空气和压缩氧气中得到的直线度大致相等;压缩气体中的直线度优于大气中的直线度.在气中加工时,由于作用在电极丝的静电力和爆炸力均比液中加工时小,可以获得比液中加工时更好的直线度.另外,由于在压缩气体条件下有利于放电产物的排除,加工状况更加稳定,因此压缩气体中获得的直线度准确度较大气中加工时高.可以认为,能获得较高的直线度准确度,是气中电火花线切割精加工的突出优点.2.3压缩氧化剂.表面粗糙度的试验结果见图6.表面粗糙度的测量平行于电极丝走丝方向.去离子水、空气及压缩空气中的表面粗糙度值没有明显的差别,而压缩氧气中的粗糙度值略高.这是由于当采用压缩氧气进行加工时,由于氧化作用而产生的高热量,导致电蚀痕较深.2.4加工介质对断裂强度的影响为了观察电火花线切割加工过的工件表面微缺陷对其机械性能的影响,采用折断强度试验来比较不同加工介质条件下工件表面状况,图7为试件折断强度的试验结果.从试验结果中看出,在4种加工介质条件下的金属折断强度大致相等,并明显地低于磨削加工表面.这说明,在所规定的精加工条件下,采用不同加工介质加工获得的表面质量对折断强度的影响并不大.2.5气中电火花线切割加工的特点图8为加工速度试验结果,对于材料D20,3种气体条件下的加工速度大致相等,并都大大低于液中加工.气中加工时,由于放电间隙较窄,会产生比液中加工时更高的短路率,这是气中加工时加工速度较低的主要原因.但是,和必须在压缩气体条件下的气中电火花型腔加工相比,气中电火花线切割精加工可以在大气条件下实现,这是气中电火花线切割精加工的另一个特点,其原因在于运动着的线电极能起到排除加工产物和热量的功能.3中电火花加工特点1)气