电火花成形加工多材质电极形状变化研究

【作者】 刘宇； 王文建； 马付建； 沙智华； 阎长罡； 张生芳；

【机构】 大连交通大学机械工程学院；

【摘要】 多材质电极电火花成形加工是电火花加工中的一种新方法,它利用电火花加工中不同材料电极的损耗及形状变化,以多种电极材料组合成多材质成形电极,可加工拥有复杂曲面的模具微小型腔,具有生产效率高、表面质量好等特点。但是加工过程中不同材料的电极组合,会产生不同的损耗和形状变化,对曲面的加工精度影响较大。因此以电火花成形加工多材质电极形状变化规律为研究目标,通过将多材质成形电极根据实际加工情况进行简化,建立了多材质电极和工件的电极形状变化二维仿真模型,基于MATLAB软件编译模拟加工过程程序,通过输入由ANSYS仿真与试验研究获得的不同材料的单脉冲去除体积、电极工件相对损耗比、以及电极材料电子逸出功等影响参数,设定加工时间,对不同组合的两种材料多材质电极和三种材料多材质电极进行形状变化模拟预测。同时为了验证多材质电极仿真模型的有效性,以及分析不同组合多材质电极的形状变化规律,以紫铜、黄铜、纯铁为电极材料设计并制备了不同组合的多材质电极,并以模具钢为加工对象开展了多材质电极成形加工形状变化试验。通过电子显微镜对加工后多材质电极形状进行观察,并利用MATLAB图像处理和识别技术,对仿真与试验结果曲线进行对比分析,研究多材质电极成形加工的电极形状变化规律。结果表明:(1)运用MATLAB进行电火花形状变化仿真,通过设置不同材料的单次去除体积、相对损耗率及电子逸出功等仿真参数,能有效的模拟多材质电极形状变化过程并预测最终电极形状。(2)对比仿真与试验结果可知,在多材质电极加工过程中,单脉冲去除体积、电极工件相对损耗比较小的材料,电极损耗较小,电子逸出功较小的材料加工过程中击穿放电的几率增大,促进了放电加工和电极损耗。(3)在利用三种材料组合的多材质电极进行加工时,不同的材料组合顺序,会产生不同的形状变化,同种材料与不同的材料组合时,其连接处的形状也会产生细微的差别。本文的研究结果对电火花成形加工具有一定的指导意义,可为微小复杂曲面的多材质电极电火花成形加工提供理论支持与技术参考。更多还原