電火花線切割電參數對crl2MoV材料去除率與表面粗糙度的影響
2017-1-22 來源：太原理工大學機械工程學院 作者：殷靜凱，李文斌
摘要：Crl2MoV作為通用的模具鋼，電火花線切割加工工藝參數是影響其材料去除率與表面粗糙度的主要因素。通過改變電火花線切割的電參數，對加工crl2MoV的性能指標進行研究。結果表明：隨著脈寬時間的增加，材料去除率增加，但同時表面粗糙度也增加；峰值電流對材料去除率和表面粗糙度的影響規律同脈寬時間一樣；脈間時間增加時，材料去除率減小，但對表面粗糙度的影響不顯著且脈間時間為25斗s時其達到最小；間隙電壓增加時，表面粗糙度減小，對材料去除率的影響較小。
關鍵詞：Crl2MoV；電火花線切割加工；電參數；材料去除率；表面粗糙度
0.前言
電火花線切割加工(wire cut Electrical DischargeMachining，wEDM)作為現代工業一種重要的加工方式，與傳統加工方式相比具有突出優勢，它不是依靠切削力來去除材料，加工過程不與工件接觸，所以它可以加工任何硬度、強度、韌性、脆性的金屬。基于此性質，電火花線切割加工廣泛地應用于模具行業。電火花線切割的出現滿足了模具制造的要求，從而帶動了制造業的發展。Crl2MoV，冷作模具鋼，此材料具有較好的耐磨性、淬透性、淬硬性、強韌性、熱穩定性、抗壓強度，綜臺性能優良和廣泛的適應性，用于制造冷作模具。為了提高模具成型精度，避免熱加工對模具零件的影響，線切割加工往往安排在模具熱處理后進行。而crl2MoV經過熱處理后硬度大于等于HRc60，利用傳統切削方式加工很困難，且對刀具損害較大，故綜合電火花線切割的優勢，選擇利用其加工Crl2MoV鋼。許多學者已經對利用線切割加工crl2MoV進行了研究，朱繁康等舊1對crl2MoV鋼沖模利用線切割加工時的開裂失效進行了分析，并進行了工藝的改進。吳光輝進行了Crl2MoV基于線切割的熱處理工藝研究，通過一系列實驗得出了Crl2MoV在經過改進的熱處理工藝處理后，利用線切割對其進行加工能夠得到更好的加工精度。同時，關于電火花線切割的工藝參數對加工過程影響的文章也有涉及，馮巧波等p’以DK7625P慢走絲電火花線切割機床為平臺，以40Cr為實驗材料進行研究，得出了放電脈寬時間、伺服速度、伺服基準電壓、電極絲張力和電極絲速度等參數對加工精度的影響。戴士杰等H1研究了電火花
線切割機床的電參數與非電參數對加工工藝指標的影響并提出了改進措施。但關于電火花線切割的工藝參數對于加工crl2MoV時性能指標的影響研究鮮有報道。鑒于此，本文作者采用控制單因素變量法，通過探討脈寬時間ON、脈間時間OFF、峰值電流IP和間隙電壓sV等電火花線切割加工的電參數¨o對加工Crl2MoV鋼材料去除率與表面粗糙度的影響，改善電火花線切割對crl2MoV的加工性能，從而為生產實踐提供理論依據。
1.實驗設備及方法
文中次實驗的平臺是北京阿奇夏米爾公司AcrI'sPARK Fw-1型數控高速走絲電火花線切割機床，電極絲采用咖0．18 mm的鉬絲，實驗材料為經過熱處理的crl2MoV鋼，厚度為20 mm、工作液為12％線切割乳化液，研究的電參數為脈寬時間0N、脈間時間0FF、峰值電流IP和間隙電壓SV。其中脈寬時間的真實放電時間等于(ON+1)斗s，脈間時間的真實間隔時間等于(OFF+1)×5斗s。文中考察的時間與加工表面積比值計算，表面粗糙度通過TR200手持式粗糙度儀進行測量。文中采用控制單因素變量法，即改變某一參數來研究該參數對兩項性能指標的影響，通過將每個參數從小到大分4個數值進行研究，記錄數據，并繪制相應圖表以直觀分析。
2.實驗結果與分析
2．1 脈寬時間ON的影響
脈寬時間是脈沖電流持續的時間，決定單個脈沖能量大小的因素之一舊1。通過改變脈寬時間的數值(7、8、9、10“s)，在每一數值下進行加工，研究不同的脈寬時間對材料去除率與表面粗糙度的影響。脈兩項性能指標，材料去除率利用機床系統記錄的加工寬時間作為單一變量時，實驗結果如表1。
表1脈寬時間變化的影響
從圖1中可以看出，隨著脈寬時間的增加，材料去除率增加，但同時表面粗糙度也增加。電火花線切割加工是利用電極絲做電極，對工件進行放電，來蝕除金屬，切割成形的。隨著脈寬時間的增加，放電能量增加，加工速度提高的同時，放電凹坑增大，表面質量下降。故必須在滿足加工精度的基礎上調高脈寬時間來提高加工速度，同時也不能只考慮加工速度而無限的增加脈寬時問，因為過大的脈寬時間會使得蝕除物來不及排除，嚴重時甚至會引起斷絲，影響加工效率和表面質量。
2．2脈間時間OFF的影響
脈間時間作為對線切割加工性能影響的重要電參數，脈間時間影響極間的消電離。通過改變脈間時間(20、25、30、35斗s)，以此研究它的作用規律，同脈寬時間一樣，表2為將脈問時間作為單一變量得到的實驗結果。圖2所示為脈間時間對表面粗糙度一材料去除率的影響。
表2脈間時間變化的影響
圖2脈間時間對表面粗糙度一材料去除率的影響
由圖可知，脈間時間減小時平均電流增大，切割速度加快，但是脈問時間不能太小，以免引起電弧和斷絲"]。隨著脈間時間的增大，材料去除率減小，這是因為單位時間內放電次數減少影響加工速度。而表面粗糙度呈現先下降后上升的趨勢，當脈間時間為25燦s時其達到最小。說明脈間時間過大或過小都會影響表面粗糙度，當脈間時間太小，來不及消電離導致加工不穩定；相反脈間時間增大會造成加工質量的下降，還有可能造成短路。
2．3峰值電流IP的影響
峰值電流也是決定單個脈沖能量大小的因素之一，峰值電流對材料去除率和表面粗糙度的影響都很大。如表3是峰值電流作為單一變量(2、3、4、5A)得到的實驗結果。
表3峰值電流變化的影響
圖3為峰值電流對表面粗糙度一材料去除率的影響曲線
圖3峰值電流對表面粗糙度一材料去除率的影響
由圖可知，峰值電流與脈寬時間對加工的影響很相似，隨著峰值電流的增大，材料去除率相應提高，這是因為峰值電流的增加同樣增大了單個脈沖的能量，而使材料的蝕除速度加快。但是峰值電流不能過大，峰值電流過大就會使加工過程中產生的電腐蝕產物體積變大，無法順利排出，使加工不穩定，甚至會引起斷絲。隨著峰值電流的增加，放電能量的增強，表面粗糙度也會增大。
2．4 間隙電壓SV的影響
間隙電壓是電極絲與工件之間的加工電壓，間隙電壓可引起加工間隙的改變，隨著間隙電壓的提高會增大加工間隙，有利于排屑。如表4，控制間隙電壓為單一變量(2、3、4、5 V)，得到材料去除率和表面粗糙度變化的數據。
表4間隙電壓變化的影響
如圖4所示，隨著間隙電壓增加，材料去除率變化很小，間隙電壓對于加工速度的影響是有限的，但當間隙電壓為3 V時，材料去除率達到最大。間隙電壓取值過小，會造成放電間隙小，排屑不暢，易短路；反之，使空載脈沖增多，會影響加工速度。同樣間隙電壓對于表面粗糙度的影響也很小，但總體呈下降趨勢。間隙電壓的增加會提高加工的穩定性，所以隨著間隙電壓的增加，表面粗糙度減小，一定程度地提高了表面加工質量。
圖4間隙電壓對表面粗糙度一材料去除率的影響
3.結束語
材料去除率和表面粗糙度是電火花線切割加工性能的重要指標哺j，同時是一對矛盾的指標一1，脈寬時間和峰值電流是影響兩項指標的重要參數，脈間時間和間隙電壓的作用同樣不可忽視。文中的目的是通過研究各個電參數對這兩項性能指標的影響規律，為電火花線切割高效加工crl2MoV的深入研究提供理論依據，從而指導實際生產，根據實際生產的需要來選取加工參數。
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