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超声振动辅助电火花放电表面改性技术研究

许家源  
【摘要】: 电火花加工(Electrical Discharge Machining,简称EDM)是在工作介质中,利用工具电极与工件之间脉冲性火花放电产生的电腐蚀现象来蚀除工件材料,以达到一定的尺寸、形状及表面质量要求的一种加工方法,广泛应用于模具制造、航空、电子、精密机械等行业,解决各种难加工材料及复杂形状零件的加工问题。 电火花表面强化工艺利用高能量密度的脉冲放电对工件表面进行强化处理,通过脉冲火花放电作用将电极材料熔渗进金属工件的表层,形成合金化的表面强化层,使工件表面的物理化学和力学性能得到改善,达到提高其表面性能和使用寿命的目的。 超声电火花复合加工实质上就是在普通电火花放电加工的基础上,在工具电极或工件上叠加一个超声振动,以改善放电加工条件。 通过进行大量实验,分析试验中的各主要加工参数(参考电压、脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电流等)对强化层硬度、耐磨性、耐腐蚀性等物理化学性能的影响,尤其是对比了超声振动辅助与否对强化层物理化学性能的影响,并得出了最佳加工工艺参数。研究结果表明,强化层的硬度对强化层的性能起主要决定作用,峰值电流对于强化层硬度影响最大,其次为加工时间、脉冲间隔、脉冲宽度,其中脉冲间隔与脉冲宽度对表面强化层硬度的影响很微弱。当加工时间超过某一值时,强化层表面的显微硬度随着峰值电流的增大呈先增加后降低的趋势,随着加工时间的增加也呈现先增加后降低的趋势。 本文采用单晶硅材料工具电极,选择合适的脉冲放电参数和超声振动参数对碳素工具钢进行电火花表面改性和强化,在工件表面上形成一层硅及硅的化合物。研究结果表明,表面硅化处理后的工件表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性都明显提高,有利于提高工件的性能和使用寿命。超声振动辅助所具有的空化作用、涡流作用和泵吸作用等使电极的电蚀产物更加细化和均匀,细化后的电极材料与工件表面发生冶金反应融合到一起,放电强化点的边界变模糊,改善表面层的质量。


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