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電火花加工TC4 鈦合金工件試驗研究

2016-11-25 來源：山西省中北大學先進製造技術重點實驗室作者：常小龍

摘（zhāi）要：TC4 鈦合金廣泛應用於航（háng）天航海等領域，其需求量較大。本文通過對TC4 鈦合金進行電火花正負極性加工，繪製了（le）因數指（zhǐ）標趨勢圖，分析了四種電參數對表（biǎo）麵粗（cū）糙（cāo）度的影響及（jí）其原因，得到了正極性加工可以獲得較好的表（biǎo）麵粗糙度的結論。

關鍵詞：電火花加工；TC4 鈦（tài）合金；正交試驗

1.緒論

TC4 鈦合金由於其比強度（dù）高、密度小、機械性能好、韌性和（hé）抗蝕能力強等優點被廣泛用於各個領域。由於TC4 鈦合金的導熱性差、黏性大、切削加工性也較差，在常規機加工時（shí）常產生較大的形變[1]。而電火花加工（gōng）隻與材料的熱學特性有關，屬於非（fēi）接觸式加工，無宏觀作用力，無明顯的劃痕，加工精度和效（xiào）率較普（pǔ）通機（jī）加工有很大的提高[2]。本試驗主要的目的（de）就是如何能夠高（gāo）效地加工TC4 鈦合金，使其具（jù）有較好的（de）表麵精度。

2.電火花加工機理

常規電（diàn）火花加工是在合（hé）適的工作介質內，兩電極之間產生脈衝性火花（huā）放電，在放電通道內產生瞬時高溫高壓熔融甚至汽化材料，實現去除目的，也稱為放電加工或電蝕（shí）加工（gōng）[2]。

3.常規電火花加工TC4 鈦合金試驗研究

利用正交試驗法[3]進行常規電火花加工分析，在正負極性加工條件下，總結脈衝（chōng）寬度、脈衝（chōng）間隔、峰值電壓、峰值電流對表麵粗造度的（de）影響規律。加工現場如圖1 所（suǒ）示。

由極差（chà）分析得到如圖3 所示的因數指標趨勢圖。

圖3 常規電火（huǒ）花電參數對表麵粗糙度的影響

圖3 為不同極性對應（yīng）的四種電參數分別再同一水平下的表麵粗糙度變化趨勢（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（míng）顯，這說明無論正負極性加工，峰（fēng）值（zhí）電流和脈衝寬度是影（yǐng）響表麵（miàn）粗糙度的（de）主要因素，間隙電壓和脈衝間隔是次要因素，而且在圖（b）和圖（d）中，負極（jí）性條件下的峰值電流脈衝寬度影響的變化率又明顯比（bǐ）正極（jí）性的大（dà）。

在正負極性條件下，由圖（b）可知，兩條曲線前半（bàn）段的變（biàn）化均表明粗（cū）糙度隨著峰值電流的增大而變差，並且上升的勢頭很明顯，但是（shì）當達到一定值後，後半段曲線的增長速度又趨於緩慢；由圖（d）可知，變（biàn）化曲線在正極（jí）性環境中（zhōng），呈現先減小後增大（dà）的趨勢（shì），而在負極性環境中，變化曲線（xiàn）呈現直線（xiàn）上升趨（qū）勢，因此，在脈（mò）衝的選擇（zé）上應考慮極性的影響。峰（fēng）值電流（liú）和脈衝寬（kuān）度的增（zēng）加（jiā）實際上是使單個脈衝的能量增強，最初，單位時（shí）間內正極性加工中，到達（dá）工（gōng）件表麵的負電子數目和（hé）負極性中正離子量是大致相同的，但是（shì）正離子的質量遠大於（yú）負電子的，隨著電流和脈寬的漸漸增加，相同數目的正離子帶（dài）有的能量遠超於負電子（zǐ）的，對工件表麵的碰撞作用同樣遠大於（yú）負離子的，在負極性加工條（tiáo）件下，工件表（biǎo）麵粗糙度比正極性加工的要差。

由圖（c）可以看出，負極性加工的曲線先減小後增大（dà），但是波峰和波穀差值可（kě）以近似忽略，即對表麵粗糙度的影響較小（xiǎo）。正極性（xìng）加工的曲線先下降（jiàng）後上升，但是總體是降低的（de）。增大脈衝間隔使（shǐ）工作液（yè）介質有（yǒu）足夠的時間進行消電離，同時在一個放電周期內，減少了脈衝寬度的時間，削弱了脈衝能量，帶來了表麵糙度（dù）的提高，即（jí）所謂的慢工出細活。由圖（a）可（kě）知，間隙電壓在負極性條件下呈現平緩下降趨勢，正極性變化近似趨於（yú）直線（xiàn），因此其（qí）對表麵質量影響較（jiào）小。

綜（zōng）上所（suǒ）述，無論加工過程中電參數如何選擇，正極性表麵粗糙度優於負極性的總趨勢保持一致。

4.結論

本文主要分別在正負極性條件下，進行了常規電火花的加工試驗，通過（guò）極差（chà）分析（xī），繪製（zhì）了因素指標（biāo）趨勢（shì）圖，並分析其原因。在正極性條件下，TC4 鈦合金工件的表麵粗糙度明顯好於負極性加工條件下的，該結論具（jù）有重要（yào）的實踐與理論意義。

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