電火花加工模具鋼表面粗糙度與硬度、鋼材及脈沖寬度關(guān)系的研究

電火花加工模具鋼表面粗糙度與硬度、鋼材及脈沖寬度關(guān)系的研究電火花加工模具鋼表面粗糙度與硬度、鋼材及脈沖寬度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究周松，劉雨嘉，何小磊，郝宇，趙明飛（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇南京210031）摘要電火花加工的表面粗糙值直接影響工件的使用性能，如耐磨性、配合性能、接觸剛度、疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕性等。電火花加工粗糙度值的影響因素可分為電參數(shù)和非電參數(shù)兩大類，電規(guī)準(zhǔn)中對(duì)表面粗糙度影響較為顯著的是脈沖寬度，工件材料的性質(zhì)也會(huì)對(duì)加工表面粗糙度產(chǎn)生影響。關(guān)鍵詞粗糙度；脈沖寬度；硬度0引言隨著制造業(yè)中產(chǎn)品的精度、表面質(zhì)量、耐磨性等要求越來越嚴(yán)格，各相關(guān)領(lǐng)域?qū)δ＞叩闹圃焯岢隽烁呔?、高硬度、高耐磨性和高耐腐蝕性的要求1。因模具制造中使用的材料難加工，且工件形狀復(fù)雜，使得常規(guī)機(jī)械加工方法難以實(shí)現(xiàn)。而電火花加工主要依靠放電產(chǎn)生的熱能使工件材料熔化、氣化，進(jìn)而從工件基體上去除多余材料，適宜應(yīng)用該方法進(jìn)行特殊及復(fù)雜模具的成型加工2,3。電火花加工的表面粗糙值直接影響工件的使用性能，如耐磨性、配合性能、接觸剛度、疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕性等。電火花加工粗糙度值的影響因素可分為電參數(shù)和非電參數(shù)兩大類4。1電火花加工規(guī)律單個(gè)脈沖的能量是對(duì)電火花加工表面粗糙度影響最大的因素，表面粗糙度與脈沖能量之間的關(guān)系，一般可用如下經(jīng)驗(yàn)公式來表示0304RMAXKRTEIE1RMAX實(shí)測(cè)的表面粗糙度；KR與工具電極材料和工件材料有關(guān)的常數(shù)；TE形成一次放電通道的持續(xù)時(shí)間；IE峰值電流5。電火花加工中電規(guī)準(zhǔn)的變量及取值很多，根據(jù)式（1）可知，所有電規(guī)準(zhǔn)中對(duì)表面粗糙度影響較為顯著的是脈沖寬度，因此以脈沖寬度為變量之一設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。從理論上分析，工件材料的性質(zhì)也會(huì)對(duì)加工表面粗糙度產(chǎn)生影響，故本實(shí)驗(yàn)還主要討論不同材料在不同硬度下經(jīng)電火花加工后表面粗糙度情況。2電火花加工實(shí)驗(yàn)21實(shí)驗(yàn)條件211熱處理實(shí)驗(yàn)條件對(duì)三種不同的模具鋼（T8、45鋼、60SI2MN）采用不同的熱處理方案進(jìn)行熱處理，獲得不同硬度的試樣。熱處理方案如下T8鋼條件1淬火加熱溫度800820OC，介質(zhì)柴油，冷卻到2040OC，硬度6068HRC；回火溫度500OC，得到的組織為回火索氏體；條件2淬火加熱溫度800820OC，介質(zhì)柴油，冷卻到2040OC，硬度6068HRC；回火溫度200OC，得到的組織為回火馬氏體；條件3淬火加熱溫度800820OC，介質(zhì)柴油，冷卻到2040OC，硬度6068HRC；回火溫度350OC，得到的組織為回火馬氏體；45鋼條件1淬火加熱溫度840OC，介質(zhì)柴油，冷卻到2040OC，硬度59HRC；回火溫度500OC，得到的組織為回火索氏體；條件2淬火加熱溫度840OC，介質(zhì)柴油，冷卻到2040OC，硬度59HRC；回火溫度210OC，得到的組織為回火馬氏體；條件3淬火加熱溫度840OC，介質(zhì)柴油，冷卻到2040OC，硬度59HRC；回火溫度350OC，得到的組織為回火馬氏體；60SI2MN鋼條件1淬火加熱溫度870OC，介質(zhì)柴油，冷卻到2040OC，硬度61HRC；回火溫度500OC，得到的組織為回火索氏體；條件2淬火加熱溫度870OC，介質(zhì)柴油，冷卻到2040OC，硬度61HRC；回火溫度253OC，得到的組織為回火馬氏體；條件3淬火加熱溫度870OC，介質(zhì)柴油，冷卻到2040OC，硬度61HRC；回火溫度354OC，得到的組織為回火馬氏體。得到表1所示的組織及硬度。212電火花加工實(shí)驗(yàn)條件本實(shí)驗(yàn)研究主要針對(duì)模具鋼加工的表面粗糙度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),電火花工藝實(shí)驗(yàn)的條件如表2。表222電火花實(shí)驗(yàn)電火花加工中電規(guī)準(zhǔn)的變量及取值很多，根據(jù)式1可知，所有電規(guī)準(zhǔn)中脈沖寬度對(duì)表面粗糙度與加工效率影響是十分顯著的，本實(shí)驗(yàn)主要討論硬度、材料及脈沖寬度對(duì)電火花加工后工件粗糙的的影響。采用表3中列出的電規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行單因子變量實(shí)驗(yàn)。表3221脈寬、硬度及材料與表面粗糙度的關(guān)系我們國(guó)家電火花加工表面粗糙度，用RA表示6，表面粗糙度的測(cè)量方法基本上可分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量?jī)深?，本實(shí)驗(yàn)采用接觸式測(cè)量法中的觸針法8，這種測(cè)量方法的儀器穩(wěn)定性好、示數(shù)客觀可靠，其垂直分辨力最高可達(dá)到幾納米。使用表面粗糙度檢查儀測(cè)量型腔底面粗糙度，手動(dòng)操作，測(cè)量時(shí)每個(gè)工件測(cè)3點(diǎn)取其平均值。在不同的脈沖寬度條件下，改變材料及硬度，對(duì)材料進(jìn)行表面粗糙度實(shí)驗(yàn)，得到材料的表面粗糙度曲線。如圖1為脈沖寬度為250T/S條件下三種鋼材不同硬度下的粗糙的曲線。Y粗糙度RAX硬度HRC圖1如圖2為脈沖寬度為400T/S條件下三種鋼材不同硬度下的粗糙的曲線。T8Y粗糙度RAX硬度HRC圖2如圖為3脈沖寬度為550T/S條件下三種鋼材不同硬度下的粗糙的曲線。Y粗糙度RAX硬度HRC圖3如圖4為T8鋼在改變脈沖寬度的條件下，不同硬度的試樣電火花加工后粗糙度曲線。Y粗糙度RAX脈沖寬度T/M圖4如圖5為45鋼在改變脈沖寬度的條件下，不同硬度的試樣電火花加工后粗糙度曲線。45Y粗糙度RAX脈沖寬度T/S圖5如圖6為60SI2MN鋼在改變脈沖寬度的條件下，不同硬度的試樣電火花加工后粗糙度曲線。Y粗糙度RAX脈沖寬度T/S圖6如圖7為熱處理后組織相似為回火索氏體、硬度相近條件下改變脈沖寬度條件下，不同鋼材的試樣電火花加工后粗糙度曲線。Y粗糙度RAX脈沖寬度T/S圖7如圖8為熱處理后組織相似為回火馬氏體（高溫回火）、硬度相近條件下改變脈沖寬度條件下，不同鋼材的試樣電火花加工后粗糙度曲線。Y粗糙度RAX脈沖寬度T/S圖8如圖9為熱處理后組織相似為回火馬氏體（低溫回火）、硬度相近條件下改變脈沖寬度條件下，不同鋼材的試樣電火花加工后粗糙度曲線。Y粗糙度RAX脈沖寬度T/S圖93結(jié)論（1）如圖1可得，在脈沖寬度為250T/S條件下，T8鋼表面粗糙值隨硬度值的變大呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)；60SI2MN鋼呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì)；而45鋼呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。（2）如圖2可得，在脈沖寬度為400T/S條件下，T8鋼表面粗糙值隨硬度值的變大呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì)；60SI2MN鋼呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)；45鋼呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì)。（3）如圖3可得，在脈沖寬度為550T/S條件下，T8鋼表面粗糙值隨硬度值的變大呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)；60SI2MN鋼呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì)；45鋼呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。（4）如圖4可得，T8鋼，硬度為38HRC試樣隨脈沖寬度的增大粗糙度值呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)；硬度為57HRC試樣呈現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì)；而硬度為62HRC試樣呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)。（5）如圖5可得，45鋼，硬度為31HRC試樣隨脈沖寬度的增大粗糙度值呈現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì)；硬度為49HRC試樣呈現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì)；硬度為56HRC試樣呈現(xiàn)先下降后升高趨勢(shì)。（6）如圖6可得，60SI2MN鋼，硬度為43HRC試樣隨脈沖寬度的增大粗糙度值呈現(xiàn)先下降后升高趨勢(shì)，但變化不明顯較為平緩；硬度為58HRC試樣呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)；硬度為61HRC試樣呈現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì)。（7）如圖7可得，試樣為回火索氏體條件下，T8鋼隨脈沖寬度的增大粗糙度值呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)；60SI2MN鋼呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì)，但變化不明顯較為平緩；45號(hào)鋼呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。（8）如圖8可得，試樣為高溫回火馬氏體條件下，T8鋼隨脈沖寬度的增大粗糙度值呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)；60SI2MN鋼呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)；45鋼呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì)。（9）如圖9可得，試樣為低溫回火馬氏體條件下，T8鋼隨脈沖寬度的增大粗糙度值呈現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì)；60SI2MN鋼呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)；45鋼呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，但變化不明顯較為平緩。參考文獻(xiàn)1劉毅克，鄒靜硬質(zhì)合金模具放電加工工藝參數(shù)探討J輕金屬，2000751532王志峰，何彬，王維軍硬質(zhì)合金模型腔的電火花加工J模具制造，2003，19248503劉晉春，白基成，郭永豐特種加工M5版北京機(jī)械工業(yè)出版社，200834寇元哲，葉亮影響電火花加工表面粗糙度值的影響因素J模具制造，2012784865何云硬質(zhì)合金電火花加工效率研究J硬質(zhì)合金，1998，15112