手機(jī)資訊
官方微信摘要 作者：VinalSharma,HarvinderLal,ParamjitSingh摘要：利用電火花加工工藝對SKD11鋼的磨損率進(jìn)行研究，采用正交陣列L18對五個(gè)輸入因子進(jìn)行分析，...
作者：Vinal Sharma, Harvinder Lal, Paramjit Singh
摘要：利用電火花加工工藝對SKD11鋼的磨損率進(jìn)行研究，采用正交陣列L18對五個(gè)輸入因子進(jìn)行分析，利用銅工具電極對EDM工藝中的輸入加工變量進(jìn)行改變。利用ANOVA技術(shù)對輸入加工變量的影響率進(jìn)行評估。
關(guān)鍵詞：磨料EDM,SKD11鋼,磨損率（WR）
1、引言
在不受加工材料韌性和硬度影響的條件下，對復(fù)雜形狀的導(dǎo)電材料進(jìn)行切割加工并保持其尺寸精度則需要應(yīng)用到電火花加工（EDM）的非傳統(tǒng)加工工藝。EDM是一種廣泛應(yīng)用于導(dǎo)電材料加工的熱電工藝，通過火花的控制實(shí)現(xiàn)材料去除；是工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最為普遍的一種非傳統(tǒng)加工方法。常用于模具制備、汽車、航空航天和外科手術(shù)器械等。EDM工藝的廣泛應(yīng)用主要是由于它能夠不受加工材料機(jī)械強(qiáng)度的影響可以加工多數(shù)導(dǎo)電材料。EDM的缺陷主要是環(huán)保問題，EDM過程中所使用的電解質(zhì)液體是主要是環(huán)境污染來源，所產(chǎn)生的電解質(zhì)廢物有毒且不可循環(huán)使用。此外，加工過程中由于電解質(zhì)的高溫化學(xué)分解而揮發(fā)有毒煙霧。用作電解質(zhì)液體的油性材料還是額外做好火災(zāi)防護(hù)措施。目前還沒有出現(xiàn)可以替代EDM工藝的環(huán)保型加工方法，因此，改善或徹底消除液體電解質(zhì)則是一種可行的辦法。在EDM加工中，工件表面和電極的放電間隙中的電火花溫度大約有12000個(gè)溫度量級，可以融化工具電極和工件表面。雖然能加工硬度高韌性大的金屬材料，但EDM工藝的應(yīng)用仍有所限制，主要是由于EDM工藝較低的加工效率和較差的工件表面加工質(zhì)量。為改善這些工藝缺陷，一些研究嘗試在電解質(zhì)液體中加入粉末狀顆粒；這些粉末顆粒擴(kuò)大了工件和電極的間隙并通過降低火花能和均勻分散工件表面的放電來改善表面質(zhì)量。在EDM油中使用碳化鎢、硅粉和氧化鋁磨料的混合物可以改善工件表面性能，材料去除率（MRR）隨粉末顆粒濃度的增大而增大，高粉末濃度條件下的時(shí)間間隔縮短。工件表面裂紋主要受電極大小和加工材料的熱導(dǎo)率影響；在利用段脈沖大電流加工熱導(dǎo)率較低的材料時(shí)，采用較小尺寸電極即可避免表面裂紋。
2、實(shí)驗(yàn)材料和方法摘要：利用電火花加工工藝對SKD11鋼的磨損率進(jìn)行研究，采用正交陣列L18對五個(gè)輸入因子進(jìn)行分析，利用銅工具電極對EDM工藝中的輸入加工變量進(jìn)行改變。利用ANOVA技術(shù)對輸入加工變量的影響率進(jìn)行評估。
關(guān)鍵詞：磨料EDM,SKD11鋼,磨損率（WR）
1、引言
在不受加工材料韌性和硬度影響的條件下，對復(fù)雜形狀的導(dǎo)電材料進(jìn)行切割加工并保持其尺寸精度則需要應(yīng)用到電火花加工（EDM）的非傳統(tǒng)加工工藝。EDM是一種廣泛應(yīng)用于導(dǎo)電材料加工的熱電工藝，通過火花的控制實(shí)現(xiàn)材料去除；是工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最為普遍的一種非傳統(tǒng)加工方法。常用于模具制備、汽車、航空航天和外科手術(shù)器械等。EDM工藝的廣泛應(yīng)用主要是由于它能夠不受加工材料機(jī)械強(qiáng)度的影響可以加工多數(shù)導(dǎo)電材料。EDM的缺陷主要是環(huán)保問題，EDM過程中所使用的電解質(zhì)液體是主要是環(huán)境污染來源，所產(chǎn)生的電解質(zhì)廢物有毒且不可循環(huán)使用。此外，加工過程中由于電解質(zhì)的高溫化學(xué)分解而揮發(fā)有毒煙霧。用作電解質(zhì)液體的油性材料還是額外做好火災(zāi)防護(hù)措施。目前還沒有出現(xiàn)可以替代EDM工藝的環(huán)保型加工方法，因此，改善或徹底消除液體電解質(zhì)則是一種可行的辦法。在EDM加工中，工件表面和電極的放電間隙中的電火花溫度大約有12000個(gè)溫度量級，可以融化工具電極和工件表面。雖然能加工硬度高韌性大的金屬材料，但EDM工藝的應(yīng)用仍有所限制，主要是由于EDM工藝較低的加工效率和較差的工件表面加工質(zhì)量。為改善這些工藝缺陷，一些研究嘗試在電解質(zhì)液體中加入粉末狀顆粒；這些粉末顆粒擴(kuò)大了工件和電極的間隙并通過降低火花能和均勻分散工件表面的放電來改善表面質(zhì)量。在EDM油中使用碳化鎢、硅粉和氧化鋁磨料的混合物可以改善工件表面性能，材料去除率（MRR）隨粉末顆粒濃度的增大而增大，高粉末濃度條件下的時(shí)間間隔縮短。工件表面裂紋主要受電極大小和加工材料的熱導(dǎo)率影響；在利用段脈沖大電流加工熱導(dǎo)率較低的材料時(shí)，采用較小尺寸電極即可避免表面裂紋。
A.設(shè)備和工件材料
機(jī)床為裝配了OSCARMAX S645 ZNC脈沖發(fā)生器和DC伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)的智能ZNC刻模電火花機(jī)床，用以在工件上打出盲孔。銅工具電極為直徑9.5mm棒。銅的物理、機(jī)械性能參數(shù)：密度8.96g/cm3、拉伸強(qiáng)度90MPa、熱導(dǎo)率401W/m/K。在刨床上加工出SKD11鋼工件表面然后用磨床進(jìn)行打磨拋光。SKD11鋼的化學(xué)組份：C-1.40wt%、Mn-0.4wt%、Si-0.3wt%、V-0.3wt%、S-0.002wt%、Mo-1.0wt%、Cr-1.5wt%；SKD11的屈服應(yīng)力和楊氏模量分別為334MN/m2和202GN/m2。將6公升電解質(zhì)液體盛入容量為7公升的軟鋼板制備而成的容器。將100目的鈦磨料混入電解質(zhì)液體中。
B. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)詳情如表一、表二所示。
田口方法利用正交陣列的特殊設(shè)計(jì)以最少實(shí)驗(yàn)次數(shù)對整個(gè)參數(shù)空間進(jìn)行研究，該方法是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法中較為有效的工具，可以通過工藝參數(shù)的設(shè)置來優(yōu)化性能特征并降低系統(tǒng)性能對變量的敏感度。本研究則利用田口法來設(shè)計(jì)、分析實(shí)驗(yàn)；利用混合正交陣列L18設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)次數(shù)。該陣列有5列18行，一個(gè)兩準(zhǔn)級輸入?yún)?shù)，四個(gè)三準(zhǔn)級輸入?yún)?shù)。利用L18正交陣列進(jìn)行18次實(shí)驗(yàn)來研究整個(gè)加工參數(shù)空間。表3為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
表3：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：L18正交陣列
田口法中，S/N比用來查找性能特征和其預(yù)期值之間的偏差。在S/N比分析中通常有三種類型的性能特征：(a)望小特性；(b)望大特性和(c)望目特性。在加工操作中選擇望小特性磨損率。在第jth次實(shí)驗(yàn)中，望小特性類型的ith輸出性能特征的S/N比表達(dá)式如下：
加工工藝的生產(chǎn)率通常構(gòu)成工件上磨損率的最低值，因此本研究選取望小特性磨損率。
E. 變量分析
利用變量分析技術(shù)（ANOVA）對性能測量的輸入加工變量參數(shù)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。該技術(shù)利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的特殊設(shè)置對結(jié)果進(jìn)行求值；然后再利用表值對結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步分析。
3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論
根據(jù)表4計(jì)算求得實(shí)驗(yàn)結(jié)果并將其輸入Minitab 6.1軟件進(jìn)行進(jìn)一步分析。ANOVA表格用以總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以研究輸入加工參數(shù)對輸出測量（如WR）的影響；該表格總結(jié)了變量分析和案例統(tǒng)計(jì)。然后再利用圖表對其進(jìn)行進(jìn)一步分析，如圖1、2所示。由圖1可以明顯看出磨損率在極性、峰值電流、脈沖時(shí)間和間隙電壓的第2個(gè)準(zhǔn)級處、在磨料濃度的第1個(gè)準(zhǔn)級處最低。據(jù)此可得，輸入加工變量的最佳條件為A2B2C2D3E2。圖2中S/N比的主效應(yīng)圖也證實(shí)了這些結(jié)果。
圖1：WR平均值的主效應(yīng)圖
圖2：WR的S/N比主效應(yīng)圖
表5中的F比和P值表明極性和峰值電流是主要的顯著輸入變量，對加工盲孔磨損率的影響分別為97.34%和1.04%；磨料濃度的影響僅0.20%，占比最低。間隙電壓和脈沖時(shí)間對SKD11鋼的磨損率影響較小，分別為0.30%和0.31%。Δ值為最大S/N比和最小S/N比之差。這些數(shù)值標(biāo)明了輸入工藝變量對輸出反映特性的影響程度排序，如表6所示。Δ值越大輸入工藝變量的影響就越大；極性的最大Δ值和磨料濃度的最小Δ值分別為影響最大、最小的輸入工藝變量。
（詳細(xì)內(nèi)容敬請點(diǎn)擊這里）
豫公網(wǎng)安備41019702003646號