TC4钛合金电火花线切割加工技术研究

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TC4钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温和相容性好(可以植入人体)等优点,广泛应用于航空航天、化工、汽车以及医疗等领域,得到了研究人员关注。同时,TC4钛合金也存在较低的导热系数以及较小的弹性模量特点,若通过传统的机械加工方式加工,会造成刀具的剧烈磨损、粘附、粘结磨损等现象,导致加工质量较差。所以对于传统的机械加工方式而言,有难加工的特性,因此需要选择合适的加工方法对其进行加工。电火花加工方法的出现,为难以加工的材料提供了可能性,因为电极不与工件接触,在加工期间没有宏观力的产生,所以在各个领域有着不可替代的作用。本课题采用电火花线切割的方法加工TC4钛合金,通过仿真分析与试验,研究各个参数对工艺指标的影响,具体完成以下主要研究内容:(1)对电火花线切割温度场基本理论进行分析,确定单个脉冲放电的热流密度、放电通道半径公式与电极能量分配系数。使用ANSYS软件,对脉宽以及功率放大管数进行瞬态热力学分析,通过仿真发现随着脉宽时间以及放电通道的增加,电蚀坑的尺寸不断增加,从而导致工件表面质量较差。(2)通过单因素试验法开展试验,合理地选取脉宽、放电间隙、功率放大管数和变频值(运丝速度)参数,分析各个加工参数分别对工艺标的影响规律。通过单因素试验法开展试验,分析脉宽、放电间隙、功率放大管数和变频值(运丝速度)参数对工艺指标的影响规律。发现随着脉宽的增加,切割速度会随之增加,同时表面粗糙度值也因放电能量的提高而增加;随着放电间隙的不断增加,切割速度随之不断降低但降低幅度较小,同时因放电间隙增加而产生加工不稳定现象导致表面粗糙度值增大;随着功率管数的增加,脉冲能量增大,切割速度随之不断提高然后逐渐趋于平缓,同时表面粗糙度值随之增大,但过大的电流可能会导致断丝;随着变频值的不断增加,运丝速度加快,切割速度也不断增大,同时电蚀产物排出速度不断提高,表面粗糙度值随之降低。(3)采用正交试验方法对试验结果处理,通过极差分析,发现材料切割速度的主次顺序由大到小为脉宽、功率放大管数、放电间隙和变频值,最优参数组合为脉宽40μs、放电间隙2μm、功率放大管数7个以及变频值50Hz;表面粗糙度的主次顺序由大到小为脉宽、放电间隙、变频值和功率放大管数,最优参数组合为脉宽12μs、放电间隙2μm、功率放大管数9个以及变频值40Hz。通过方差分析发现,材料切割的显著程度(由大到小)为脉宽、功率放大管数、放电间隙以及变频值;表面粗糙度的显著程度(由大到小)为脉宽、功率放大管数、放电间隙以及变频值。图[54]表[19]参[74]
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