金属基复合材料6061合金的电火花可加工性的实验研究
6061强化合金又称金属基复合材料(Metal Matrix Compostites,MMC),它密度小,强度高,耐热性能好,抗腐蚀强,是各种不同成分的混合物烧结而成.物理化学及机械性能非常好,但是综合性能越好,加工越困难,实践证明,用普通机械方法对其进行加工,不仅生产效率低,且刀具磨损大,加工质量差.考虑到MMC中含有金属成分,使其具有一定的导电性,因此,可以利用电加工的方法进行加工.然而,由于MMC的多向特性,使其在电加工过程中与普通金属材料相比有很大差异.本次实验的目的是探索应用电火花成型机床加工MMC的加工过程和去除机理,同时对普通钢(本次实验采用45号钢)的加工进行比较,并对加工工艺参数的选择及加工后产品的表面质量作出评价,从而找出电火花加工的工艺规律.实验采用福斯特DM7125型电火花成型机床,电极材料为紫铜(Φ6mm).被加工工件选用普通钢(45钢)和6061合金,将二者的加工状况进行对比.在实验中,通过研究材料的蚀除率(MRR)、相对损耗率(RWR)、表面光洁度(SF)等数据,来评估实验对象的6061的电火花可加工性.实验采用控制因素为三个:脉冲宽度(T<,on>)、脉冲间隔(T<,off>)、峰值电流I<,p>.从实验现象及实验数据,可以看出各个正交因子对加工结果的影响.当脉冲宽度增加到一定程度时,加工速率反而变小,这跟材料的热学常数有关,导热系数愈大的金属,由于较多地把瞬时产生的热量传导散失到其它部位,降低了本身的蚀除量.随着脉冲间隔的增大普通钢和6061合金的加工速度会轻微的减小,因为放电的频率降低了,从而影响到电火花的成型加工速度.实验使用的三个电参数中峰值电流对加工速度的影响最为显著,加工速度随着峰值电流的增大,其变化也较为突出.它并不是随着电流的增大而增大,而是到了一定程度后会降低下来,因为电流太大时,加工稳定性降低了.脉冲间隔的增大,普通钢和6061合金的相对损耗率有明显的增大.这是因为在电火花成型加工的实用过程中,火花脉冲连续不断的作用对工具电极损耗的影响与单个脉冲的作用存在着本质的不同.事实证明,脉冲间隔对工具电极具有明显的影响.在一定范围内,脉冲间隔越大,工具电极的相对损耗也越大.之所以存在脉冲间隔的影响,其根本原因在于存在电火花加工的一个特殊性质:覆盖效应.在脉冲宽度较小时,两种材料的相对损耗随着脉冲宽度的增加而减小,当到一定程度后可以实现低损耗加工.放电电流对相对损耗率的影响也比较明显,受一些非电参数的影响,随着电流的增大,两种材料的相对损耗率并不是一直在增大而是到了一定程度后会降低下来.三个加工指标中加工速率与表面粗糙度存在着矛盾,当加工速度变大的时候,其加工表面粗糙度也明显的增大.从实验现象和数据可以看出,在相同的加工条件下,不同的两种加工工件,其加工效果有明显的差别,对三个加工指标进行比较,6061合金相对损耗率比45钢高,45钢加工速度比6061合金高,但6061合金表面粗糙度比45钢低,这是由材料的特性决定的.实验研究可以得出以下结论:(1)用电火花加工6061合金材料是完全可行的.6061合金的电火花加工有利于加工不规则行腔时保持较好的表面光洁度和较高的尺寸精度;(2)6061合金加工速度低的原因主要是由于材料的电阻率较高,在同样的加工规准下,加工45钢时,其峰值电流可达到较高的水平,而加工6061合金时峰值电流则不能过大,否则产生电弧;(3)最佳的加工量和最佳的相对损耗率是相互矛盾的,是不可能同时获得的,因此要根据加工的目的选择不同的加工参数;(4)在显微镜下可以发现,加工45钢时,其加工表层容易形成放电凹痕,而6061合金则比较难;同时,当脉冲能量较大时,两种材料都形成显微裂纹,但相比之下,6061合金较为明显.
6061强化合金 电火花 正交实验 金属基复合材料 电火花加工 工艺参数 表面质量
汪学 郭钟宁 李志荣
广东工业大学机电学院
国内会议
2001年“面向21世纪的生产工程”学术会议既企业生产工程与产品创新专题研讨会
广州
中文
172-172
2001-11-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）