不同工作介质对短电弧铣削加工表面完整性影响研究

【作者】 陈小康； 周建平； 王恪典； 许燕；

【机构】 新疆大学机械工程学院；

【摘要】 短电弧铣削加工是指在工作介质的作用下,利用电极与工件之间所产生的受激发放电群组来融化并蚀除材料的一种新颖的放电加工方法。与传统的电火花加工相比,短电弧放电的弧柱具有更高的内部温度以及更多能量分配在加工工件上,已经成为难加工材料高效去除的一种重要技术手段。在加工过程中,工作介质不仅影响加工效率、电极损耗和表面质量,而且对环境也会造成一定的影响,因此工作介质的选取至关重要。分别选取环境友好型的空气和空气+自来水作为工作介质,以镍基合金GH4169为工件,以管状石墨作为电极,采用工具负极性加工进行工艺实验。研究工作介质对短电弧铣削加工后工件表面完整性的影响。实验结果表明,在空气中加工时,工件表面较为平坦,再铸层较少,且有部分黑色的石墨颗粒粘附在表面;在空气+自来水中加工时,工件表面较为粗糙,微裂纹和再铸层较多。这主要是因为两种介质特性不同造成的结果。为了研究加工过程中粒子的迁移规律,采用EDS检测了电极表面和工件横截面的元素变化。发现电极表面会存在少量Ni、Gr、Fe等GH4169的典型元素,这是金属熔融物粘附在电极表面形成的,对电极起到了一定的保护作用。不同的是,在空气中加工时,空气中的N2会渗入到电极表面;而在空气+自来水中加工时,电极表面会出现少量的O、Ca、Mg等元素,这是因为加工过程中伴随着一定的电解反应,使自来水中的元素渗透到石墨表面的结果。此外,对比加工后工件横截面得出,在空气+自来水中加工后,热影响区较薄。分析再铸层、热影响区和基体材料的元素变化,发现在空气+自来水中加工后,再铸层上没有检测到Al元素。这主要是因为空气的排屑效果弱于空气+自来水。为了揭示材料蚀除机理,对加工后的碎屑进行收集,发现短电弧铣削加工GH4169产生的碎屑主要有球状和块状两种形态。不同的是在空气中加工时,碎屑容易堆积,粘贴在一起,且尺寸大小不一。然而在空气+自来水中,碎屑不易堆积且尺寸较为均匀。通过实验可为短电弧铣削加工工作介质的选取提供有力的参考依据。更多还原