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电火花加工用东西电极资料

来源:http://www.zgzynews.com 责任编辑:凯发国际 2018-02-09 02:53

  

 

  1导言

  在电火花加工中,东西电极是一项非常重要的要素,电极资料的功能将影响电极的电火花加工功能(资料去除率、东西损耗率、工件外表质量等),因此,正确挑选电极资料关于电火花加工至关重要。

  应满意高熔点、低热胀系数、杰出的导电导热功能和力学功能等基本要求,然后在运用进程中具有较低的损耗率和反抗变形的才干。电极具有微细结晶的安排结构关于下降电极损耗也比较有利,一般以为减小晶粒尺度可下降电极损耗率。我国成功研制出2000千瓦以上特大功率采煤机。此外,东西电极资料应使电火花加工进程安稳、生产率高、工件外表质量好,且电极资料自身应易于加工、来历丰厚及价格低廉。

  因为电火花加工的运用规模不断扩展,对与之相适应的电极资料(包含相应的电极制备办法)也不断提出新的要求。跟着资料科学的开展,人们对电火花加工东西电极资料不断进行着探究和立异,现在在研讨和生产中现已运用的东西电极资料有石墨、Cu或W等单金属、我国成功研发具有国际先进水平的光纤激光器。Cu或W基合金、钢、铸铁、Cu基复合资料、聚合物复合资料和金刚石等几大类。

  2一般

  (1)石墨

  石墨具有杰出的导电导热性和可加工性,是电火花加工中广泛运用的东西电极资料。

  石墨有不同的品种,可按石墨粒子的巨细、资料的密度和机械与电功能进行分级。其间,细级石墨的粒子和孔隙率较小,机械强度较高,价格也较贵,用于电火花加工时一般电极损耗率较低,但资料去除率相应也要低一些。市场上供给的石墨等级均匀粒子巨细在20μm以下,选用时首要取决于电极的作业条件(粗加工、半精加工或精加工)以及电极的几许形状。工件加工外表粗糙度与石墨粒子的巨细有直接关系,一般粒子均匀尺度在1μm以下的石墨等级专门用于精加工。K.L.Aas用两种不同等级的石墨电极加工难加工资料上的深窄槽,比较了它们的资料去除率和电极损耗率。研讨结果标明,石墨品种的挑选首要取决于详细的电火花加工对资料去除率和电极损耗率哪方面的要求更高。

  与其它电极资料比较,石墨电极可选用大的放电电流进行电火花加工,因此生产率较高;粗加工时电极的损耗率较小,但精加工时电极损耗率增大,加工外表粗糙度较差。石墨电极重量轻,价格低。因为石墨具有高脆性,一般难以用机械加工办法做成薄而细的形状,因此在精密杂乱形状电火花加工中的运用受到限制,而选用高速铣削能够较好处理这一问题。

  为了改善石墨电极的电火花加工功能,O.Akira等将石墨粉烧结电极浸入熔化的金属(Cu或Al)中,并对液态金属施加高压,使金属Cu或Al填充到石墨电极的孔隙中,以改善其强度和导热性。注入金属后,石墨电极的密度、热导率和曲折强度增大,电阻率大幅度下降,电极外表粗糙度得到改善。实验研讨结果标明,这种新资料电极与惯例石墨电极比较,电极损耗率和资料去除率无显着不同,但加工外表粗糙度更小,尤其是注入Cu的石墨电极可取得小得多的加工外表粗糙度。

  (2)Cu、Cu基合金及Cu基复合资料

  纯Cu(电解铜,俗称紫铜)也是一种常用的电极资料,尤其是加工有色金属资料时,常用电解铜作为东西电极资料。

  Cu的熔点较低,电极损耗率较大,因此需求引进另一种高熔点资料来下降电极损耗率。Cu-W合金兼有Cu的高导热性和W的高熔点、低热胀系数和耐电火花腐蚀才干强的特色,使其成为一种高功能的东西电极资料。Cu-W电极首要用于加工模具钢和WC工件,其间的Cu、W含量比一般为25:75。但因为Cu-W电极的价格比一般的Cu或石墨电极高,因此现在在生产中运用并不多。

  S.Singh等选用Cu、Cu-W合金、黄铜和Al电极加工一种淬硬东西钢,结果标明,Cu和Al电极的加工速度和加工精度较高,Cu和Cu-W电极的损耗率最小,黄铜的电极损耗率最大。比较而言,Cu是一种较好的电极资料,它能取得较高的加工精度和较好的加工外表粗糙度,且有高的资料去除率和低的电极损耗率。电火花加工用Al的功能仅次于Cu,在加工外表粗糙度要求不高时能够选用。雍耀维等[7]以Cu、W和Cu-W合金作为电极资料加工硬质合金,结果标明,Cu-W合金电极可显着提高加工速度,且在较低的加工电压下电极损耗并不大,因此Cu-W合金是加工硬质合金的抱负电极资料。

  TiC是一种高硬度耐火资料,熔点高,耐热冲击和磨损功能好。L.Li等研讨了烧结Cu/TiC、Cu-W/TiC电极中TiC对东西电极电火花加工功能的影响,结果标明,含5%~45%TiC的Cu/TiC电极损耗率均低于惯例的Cu电极。归纳考虑加工功能,25%的TiC是较抱负的成分份额。Cu-W/TiC电极资料也显示出杰出的功能,其大多数电火花加工外表的粗糙度优于Cu-W电极加工外表,因此可用于精加工。关于Cu-W/TiC电极资料,添加15%的TiC可取得最佳作用。

  ZrB2和TiSi具有杰出的导电导热性和高熔点,H.M.Zaw等研讨了用不同含量的Cu与ZrB2或TiSi选用粉末冶金法制造电火花加工东西电极,并与石墨、Cu和Cu-W等电极资料的电火花加工功能进行了比较。结果标明,TiSi/Cu电极损耗严峻、加工速度低、加工外表粗糙,因此该资料不适合用作电火花加工电极。ZrB2/Cu可用作电极资料,但Cu基体与ZrB2之间的结合力较差,ZrB2的含量和电极制造工艺参数会影响这种电极的电火花加工功能。

  TiB2颗粒具有熔点高、导电导热性杰出、热胀系数低一级特性,TiB2/Cu复合资料具有杰出的导电性、耐高温性和力学功能,契合电火花加工东西电极资料的基本要求。邱彦等选用粉末冶金TiB2/Cu复合资料电极进行了电火花加工实验,剖析了复合资料的电火花加工损耗机理,结果标明,TiB2/Cu电极的电火花加工特性与其它Cu基复合资料电极相似,TiB2体积分数为5%时电极资料的电火花加作业用较好。

  电火花磨削一般选用Cu基复合资料电极。K.M.Shu等用Cu/SiCp复合电极进行电火花磨削,这种含有必定量SiCp的复合资料电极在硬度和耐磨性上比纯Cu电极有显着改善,而电功能简直坚持不变,导热性好并具有较高的耐热冲击功能,表现出电极损耗率低的特色。含有2%SiCp的Cu/SiCp复合资料电极的电火花磨削作用最优。

  选用电铸办法制备电极时,因为电铸Cu的工艺较为老练,因此对电铸Cu(包含Cu基复合资料)电极的研讨较多。电铸取得的Cu或Cu基复合资料安排细密,可到达较小的晶粒尺度。研讨标明,晶粒细微、安排细密的电极外表因为火花放电时资料熔化抛出而构成的凹坑较小,可使电极损耗率下降。

  (3)聚合物复合资料

  A.Curodeau等选用一种导电热塑性聚合物复合资料作为电极,以空气或水作为作业介质,进行工件外表的电火花加工或抛光。所用电极是由60%~65%的固态碳资料(如细的碳黑粉、石墨粉、石墨片乃至碳纳米管等的混合物)均匀分布在热塑性基体资料(如聚苯乙烯)中制成的,可重复软化并模压成所需几许形状。与石墨电极比较,这种聚合物-碳复合资料电极本钱较低,可模压成杂乱几许形状,制造速度比铣削加工快得多;一同其密度较低、电阻率较高,因此电极损耗率较高,不过电极在运用进程中可经过从头模压而加以修整。

  该复合资料的组分仍处于研讨开发阶段,好的可塑性电极应有低电阻率、高热导率、低热胀系数以及杰出的可成形性和在水中的尺度安稳性,并能耐热循环。

  (4)金刚石

  K.Suzuki等研讨了用导电的CVD金刚石厚膜(0.5mm)作为电极资料进行电火花加工。这种CVD金刚石在CVD进程中经过掺杂硼而具有导电性,其电阻小、导热系数高,对电火花加工时油类作业介质中分出的碳有很强的吸附才干。电火花加工实验标明,在必定的加工条件下,仪器立异对我国科技开展前进影响含义剖析凯发国际,CVD金刚石电极可到达很高的资料去除率,而电极损耗简直为零,尤其是它可在无法选用Cu或石墨电极的高电流密度下进行加工。可是,导电CVD金刚石存在本钱高、尺度受限制等问题,因此K.Suzuki等又选用了聚晶金刚石(PCD)作为电极资料进行电火花加工。所用PCD资料是用微米级金刚石颗粒在超高压力和温度、存在金属催化剂的条件下以Co为粘结剂烧结而成的,其导热性挨近导电CVD金刚石。选用不同粒度的金刚石可得到不同等级的PCD资料,其导热性有所不同。研讨标明,在必定的电火花加工条件下,其电极损耗很小或为零。跟着热导率的添加,不同等级的PCD资料电极在电火花加工时的资料去除率和电极损耗都有所下降。因为PCD资料具有与导电CVD金刚石附近的电火花加作业用,但本钱较低,因此有可能成为一种较抱负的电极资料。

  3电火花外表改性用电极资料

  电火花外表改性大多是运用电火花加工时电极发作损耗的特色,使电极资料转移到被加工资料外表,然后构成高硬度、高耐磨的涂层,一般是运用作业液火油中热分化出来的碳微粒与敏捷损耗而掉落的电极资料发作化学反应,构成碳化物堆积在工件外表上。要完成这种方式的电火花外表改性,东西电极应选用热导率低的资料,使其能发生较大损耗,一同电极资料应比较简单构成硬质碳化物。

  现在,电火花外表改性首要选用几种资料的固体电极,如Si电极、Ti电极或W电极,或选用多种粉末资料制成的压结体或烧结体电极,所用粉末资料包含Al、Ti、W、Ti和Al混合粉末、WC、TiC以及陶瓷和结合剂(如WC+Co、WC+Fe、WC+TiC+Co、TiC+Co、VC+Co)等。运用这样的电极进行电火花加工,可在加工外表构成一层或多层具有不同机械功能的涂层。选用粉末资料制备电极时,粉末的粒度对电极的制造工艺及本钱、改性外表的粗糙度等有很大影响。

  J.Simao等用粉末冶金并预烧结过的WC/6%Co电极加工东西钢进行外表合金化,电极中的元素(特别是W)与碳氢化合物作业介质中的碳一同以梯度方式转移到工件表层中。H.C.Tsai等选用含树脂的Cu粉与Cr粉经模压制成Cu-Cr复合电极,在电火花加工时电极中的Cr元素迁移到工件外表,使加工外表取得了杰出的耐蚀性。跟着电极中Cr含量的添加,电火花加工时的资料去除率下降,但加工外表耐蚀性增强。

  此外,方宇等用TiC+Co半烧结电极对一般碳素钢工件进行了电火花外表改性。蒋宝庆等用W粉、石墨粉及聚乙烯醇粘结剂得到的压结体电极对LC4铝合金工件进行了电火花外表改性。连峰直接运用YT15硬质合金资料作为电极对45钢进行了电火花加工,正极性加工时工件外表可得到显微硬度大大高于基体的白亮层。

  4微细电火花加工用电极资料

  在微细电火花加工中,运用微细电极后一般会添加单位面积的电火花能量,形成较大的电极损耗,然后不易到达高精度加工的方针。此刻可挑选适宜的电火花加工参数,以减小单位面积的放电能量,但这样会延伸加工时刻;别的可运用低损耗的电极资料。微细电火花加工中选用的电极资料首要有Cu、W、Cu-W和WC等,其间微细电火花打孔和铣削加工中选用的电极首要是W或WC的棒或管。

  Y.Y.Tsai等在研讨微细电火花加工电极的耐损耗性时,选用的电极资料有Ag、Al、Cu、Fe、Mo、Ni、Pt、Ti、Ta和W。结果标明,沸点、熔点和热导率较高的电极资料损耗较小,其间加工不锈钢、纯Cu和纯Fe工件时W电极的损耗最小,Cu、Ag电极的损耗小于Fe、Ni电极,Al电极的损耗最大。

  明平美等用电铸Cu、Cu基复合资料电极进行微细电火花加工,研讨了电极资料的抗电蚀性。在恰当的电铸工艺条件下得到的资料具有很强的抗电蚀性,而当在电铸Cu溶液中参加较多纳米氧化镧添加剂时,得到的电铸Cu中呈现了纳米氧化镧第二相,东西电极资料使资料的导电导热功能下降,削弱了它的抗电蚀才干。在电铸Cu溶液中参加微粉石墨,经过复合电铸得到Cu-石墨复合资料,这种资料是在Cu主体中引进微粉石墨,其微观描摹为Cu主体中均匀镶嵌着内核为片状石墨、外裹Cu的片状“微粒中心”。实验标明,含适量石墨的这种复合资料电极的抗电蚀功能比Cu好得多,剖析以为,这是因为资猜中的“微粒中心”在电火花加工进程中归纳了外层Cu的优秀导热功能和石墨内核的储热与抗电蚀才干,且经过一段时刻放电后显露的石墨内核起到了骨架的作用,可削减液体金属的飞溅。

  因为导电CVD金刚石膜作为电极资料时损耗很小,因此将其作为微细电火花加工中的电极资料具有很好的运用远景。并且,用导电CVD金刚石膜作为电极电火花加工相同的金刚石膜时,能够很好地操控后者的加工形状和尺度,使其能够作为微细电火花加工中不同形状的电极。

  5结语

  在不同的工艺参数条件下加工不同资料的工件时,选用不同电极资料得到的加作业用是不同的,因此不同的电极资料适用于不同的加工场合。人们依据各种电火花加工的需求,已研讨和运用了多种电极资料,电极资料的开展又推进着电火花加工工艺的前进。一些新的电极资料还需作进一步的研讨和改善才干得到实践运用。选用电极资料时,需求归纳考虑电火花加工工艺办法、工件资料与形状、加工要求、经济性等多方面的要素。

  

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