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7075铝合金工件水平超声振动电火花复合加工试验研究

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第3期 2017年3月 机械设计与制造 Machine, Y Design&Manufacture l l5 7075铝合金工件水平超声振动 电火花复合加工试验研究 王曙,祝锡晶,孔文军,常小龙 030051) (中北大学机械与动力r程学院,山西太原摘要:7075铝合金由于其机械性能好、抗腐蚀性强等优点在塑料模具中被广泛应用。由于塑料模具的结构通常比较复 杂,一般采用电火花成型加工,但会出现加工速度慢、加工精度低等一些不足 针对上诉不足,提出了工件水平超声振动 电火花复合加工。运用正交试验法,对7075铝合金分别进行普通电火花加工和工件水平超声振动电火花复合加工,综合 分析两种电火花,gp_r-的正交试验结果 、分析结果为7075铝合金复杂结构的高精度高效率加工提供了重要的指导意义。 关键词:工件水平超声;电火花加工;复合加工;7075铝合金;正交试验 中图分类号:T…6; FG66l文献标识码:A 文章编号:1001—3997(2017)03—0l15—04 Experimental Study on the Horizontal Ultrasonic EDM of 7075 Aluminum Alloy WANG Jing,ZHU Xi-jing,KONG Wen-jun,CHANG Xiao-long (School of’Me(・hanical and Power Engineering Noz‘th University of China,Shanxi Faiyuan 030051,China) Abstract:7075 ¨m Ⅲ。m dlo)is widely used in the『Jf £ mouldfield because its good II1echcm&al properties rout strong corrosion resistmwe.The structure of the pl ̄tstic moht “¨ ly complex by ta ̄ing EDM to machine.but this way^ SOD]e shortcomings such the slow processing speed,the lou,processing accunwy.Aimed at these shortcomings,the horizontal ultrasonic EDM should be come up.The 7075 duminu"l tdloy ∞respective1)processed by ordinary"EDM and the horizontM ultrasonic EDM orthogomd test,The re, ̄HIts( ’orthogonal test two kinds of EDM rife synthetically ̄ma1)zed.7"he tma1)tical resuhs provide 11 ̄the important gTdding signiJh’three for thc“ -precision and high iciency machining of the complex structure of7075 aluminum alloy. Key Words:Horizontal Ultrasonic on the Workpiece;EDM;Compound Processing;7075 Aluminum Alloy;Orthogo- nalTest 1引言 7075铝合金由于其特殊的物理、化学、机械性能在塑料模具 中被广泛应用。塑料模具结构一般比较复杂,采用传统的加 方 善r放电问隙状态,增强了放电强度 此外超声产生的泵吸、涡流 作用,对于 作液冷却、工作液循环、消电离过程、 件表面材料 去除都有显著的影响。因此,J二件水平超声振动电火花复合加【: 成为难加‘I 材料和复杂零件型面加工的一种重要方法。 表1 7075铝合金主要成分 Tab.1 The Main Component of 7075 Aluminum Alloy 法无法达到加一 要求,因此通常采用电火花成犁加I ,但会H{现 表面性能差、加上速度慢、表而粗糙度高等一些问题I I。针对I 述 问题,提m了1:件水平超声振动电火花复合加1 . si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 其它 Al 工件水平超声振动电火花复合加工是把超声加载侄I 件的 0.40 0.50 1.2~2.0 0 30 2.I~2.9 0,18~0.28 5.I~6,1 0.20 O.I5 余量 水平方向的超声振动电火花复合加』 方法 . 这种方法是在普通 国内外学者在超声振动电火花复合加 方面做了大量的研 的电火花加I 当中引入超声振动,使电火花加 超声波加f 的 究 ,但是关于7075铝合金的 【:件水 超声振动电火花复合加 优缺点进行互补,实现对T 件高效率、高质量加I 的一种复合加 工的相关研究却非常少。通过试验的方法,分别对7075锅合金材 :【:方法131。该复合加工方法在I 件加: .女率和表丽质量都优于单 料进行普通电火花加¨r和_r件水半超声振动电火花复合加 试 一的电火花加工或者超声加工。在电火花加 1-中加入超声后,改 验数据采用正交试验法进行采集,综合分析两种电火花加 I:的lE 来稿日期:2016-09—08 基金项目:国家自然科学基金(51275490);阔家自然科学基金【50975265) 作者简介:王壕,(1990一),男,山西朔州人,硕i研究生,主要研究力向:精密 特种加工; 祝锡晶.(1969一),男,11I阿人,博J:研究t .博f 生导师.敦授,主要研究方向:精密与特种加工 1 16 王碌等:7(t75铝合金工件水平超声振动电火花复合加工试验研究 第3期 交试验结果。研究结果为7075铝合金复杂结构高效率高精度加 析,最后对两种电火花加 方法的正交试验结果进行综合分析 I 提供了重要的参考 _』补充 4试验结果与综合分析 4.1普通电火花/jn-r-试验结果 衡量一种加L 方法的两个重要指标是:表面粗糙度和加I 2试验条件和参数 试验采 }}j的电火花成型机床为EDM450/60NC电火花数控 机床,超声装置为H66MC超声波发生器,工件水平超声振动电 时间。本试验从表面粗糙度和加l 时间出发,设定_『Jl 】I:深度,研究 火花复合jJ【llr的装置,jnJ冈1所示:测量仪器为JB一5c粗糙度测 7075铝合金普通电火花 ̄tl-F_ ̄I1各个1 艺参数,主婴是间隙电压、 量仪 1 件材料选择7075铝合金,尺寸为(50xl lxl 1)mm,工件如 峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔对表 粗糙度和加1:He间的影响 图2所示 主要成分,如表1所示。1 作液为电火花加1二专用l 作 两种电火花加1 过程,如图3所示. 液。电极材料选择紫铜,电极形状为圆柱体,截面直径为6mm。其 它试验条件与加 参数,如表2所示。 每个工件做9组试验,正面5次,背面4次,如 4所示 图3两种电火花加工过程 Fig.3 Two Kinds of EDM Process l 丽 I I 背面 I 图4加T位置 Fig.4 Machining Position 作台2.1 作液箱3.水泉4.软管5.电火花机床主轴6.1T具电极7.工 件8.变幅杆9.夹具10.换能器l1.导线12.超声波发生器 图l 件水平超声振动电火花复合加T装置简单示意图 Fig.I The Simple Schematic Diagram of Horizontal Ultrasonic EDM 表面粗糙度通过粗糙度测量仪进行多次测量取平均值,如图 5所示。加 L时间通过直接从机床上面读取。只考虑间隙电压、峰值 电流、脉冲宽度、脉冲间隔四个电参数。通过参阅正交试验没计手 册,设计出三水平四因素的正交试验表 34)1 ,如表3、表4所示。 ■■_] }鼯i - ≤≥ 图5表面粗糙度测量过程 hIg.5 Surface Roughness Measuring 【 羔垒 』= : 罔2 f 件 rig.2 ‘}rkpiece 表2试验其它条件与加工参数 Tab.2 Other Experimental Conditions and Process Variables 由表3,表4可得各电参数对7075铝合金普通电火化加I 加1 效果的影响顺序与最优参数组分别为: (1)表面粗糙度:峰值电流>间隙电压>脉冲间隔>脉冲宽度, 最优参数组为:间隙电压:55V.峰值电流:2A,脉冲宽度:51xs,脉 冲间隔:70 (2)]11];17速度:脉冲宽度>脉冲间隔>峰值电流>问隙电压,最 优参数组为:间隙电压:35V,峰值电流:4A,脉冲宽度:35 s,脉冲 间隔:l0 。 4.2工件水平超声振动电火花复合/jn-r试验结果 试验把 件与变幅杆通过螺纹进行连接,如图1、图3所示。 3试验方法 工件与超声装置构成一个整体,这个整体就会有一个固有频率, 试验主要通过设定加_厂深度,研究电参数(间隙电压、峰值 当超声频率与整个装置的吲有频率一致的时候,振动效果最明 加 电流、脉冲宽度、脉冲问隔)和超声参数(超声频率、超声振幅)对 显,试验结果最准确。由于本试验只需加J二一个很小的表而积.2mm.凶此忽略质量变化对整个装置 有频率的影 I 艺效果(JJtlJ:时间、表面粗糙度)的影响。为了快速准确的进行 j二深度为0. 件水平超声振动电火花复合的正交试验数据 试验.采刚 交试验的 ‘法分别对7075铝合金进行普通电火花 响。7075铝合金【如表5、表6所示。 ]JI-I] 科I I 什水平超声振动电火花复合加1二。首先分别对两种电火 表,花加l 疗法进行最优参数组、电参数对】 艺效果的影响顺序的分 由表5、表6可得各电参数对7075铝合金 件水平超声振 No.3 Mar.201 7 机械设计与制造 表5工件水平超声振动电火花复合加工 表面粗糙度正交试验数据表 1l7 动电火花复合加工加工效果的影响顺序与最优参数组分别为: (1)表面粗糙度:峰值电流>间隙电压>脉冲间隔>脉冲宽度,最优 参数组为:间隙电压:55V,峰值电流:2A,脉冲宽度:5txs,脉冲间 隔:70txs;(2)加工速度:脉冲宽度>脉冲间隔>峰值电流>间隙电 压,最优参数组为:间隙电压:35V,峰值电流:4A,脉冲宽度:35 s, 脉冲间隔:10 s。 Tab.5 Table of O ̄hogonal Test Data for Surface Roughness of Horizontal Ultrasonic EDM 表面 号数 粗糙度 间隙电压(V)峰值电流(A)脉冲宽度( s)脉冲间隔( s)(“tit) 因素 4.3综合分析两种电火花加工方法的正交试验结果 7075铝合金两种电火花加工效果对比分析表,如表7所示。 从表中可得:(1)在加工时间方面,工件水平超声振动电火花复合 加工比普通电火花减少了约10%左右。因为工件加载超声振动 以后,超声波会在工作介质中产生大量的气泡,空化泡在溃变的 过程会产生大量的水射流和冲击波,有助于材料的去除。而且超 声产生的泵吸和涡流效应可以改善加工环境。超声的引入还可以 增加电场强度、改善放电间隙的状态。(2)在表面粗糙度方面,工 件水平超声振动电火花复合加工与普通电火花加工相比差别不 是很大。试验表明,大多数工件表面粗糙度略有一些增加,小部分 略有减少,改变的比例也不一样。可能是由于能量与时间的分配 和超声的次级效应、空化作用造成的[2,11】。 表3普通电火花加工表面粗糙度正交试验数据表 Tab.3 Table of O ̄hogonal Test Data for Surface Roughness of Ordinary EDM 因素 表面粗 号数 ’ 糙度 间隙电压(V)峰值电流(A)脉冲宽度( s)脉冲间隔( s)( m) 号数 间隙电压(V)峰值电流(A)脉冲宽度(因素  s)脉冲间隔( s)(哿盂  i ) 表6工件水平超声振动电火花复合加工 加工时间正交试验数据表 Tab.6 Table of O ̄hogonal Test Data for Processing Time of HorizontaI UItrasonic EDM 号数 因素 哿高 间隙电压(V)峰值电流(A)脉冲宽度(1,z s)脉冲间隔(I,Z s)(min) 黼 表面粗糙度 表面粗糙度 加工时间 加工时间 姒 (普通) m (超声) m (普通)min (超声)rain 5结论 (1)上述7075铝合金两种电火花加工方式,加工参数对表 面粗糙度的影响顺序相同为:峰值电流>间隙电压>脉冲间隔>脉 冲宽度;最优参数组相同为:间隙电压:55V,峰值电流:2A,脉冲 宽度:51 ̄s,脉冲间隔:70 ̄s。(2)i述7075铝合金两种电火花加 No.3 I18 机械设计与制造 Mar.20l7 l 方式.加‘T 参数对加1-速度的影响顺序相同为:脉冲宽度>脉冲 问隔>峰值电流>间隙电压;最优参数组相同为:间隙电压:35V, Ti一6AI-4V alloy l-lJ_Materials and Manufacturing Processes,2015.30 (8):991一l000. [6]Shabgal・d M,Kakolvand H,Seyedzavvar M,Shotorbani RM.Ultrasonic 峰值电流:4A。脉冲宽度:35 s,脉冲间隔:10 s。(3)采用I 件水平 assisted EDM:elfe(,t of the workpiece vibration in the nmehining chara— 超声振动电火花复合加 可以有效地降低7075铝合金的加工 cteristics of FW4 wehted metal lJj Frontiers nf Mechanieal Engineering. 时间,约为普通电火花加工时间的l0%左右,提高了加I 效率。 201 1.6(4):419-428. (4)对7075铝合金采用_r件水平超声振动电火花复合加_lj:,大多  j7 I Mohanmmdi A,Tehrani A F.Abdullah A,Danesh.M.,Mohammadi A. 数_Il:件表面粗糙度略有一些增加,小部分略有减少。 Danesh M.hwestigation of uhrasonie—assisted wire electrical discharge turning based on single discharge analys J]lPmceedings(1f ll1e lnstitu- 参考文献 tion of Mechanical Engineers Part B Joamal nf Engineering Manufa(、ture, I]赵福令,吕战竹,张宝荣l{昆粉电火花加1一下艺特性的研究 Jjl科学技 2014,228(1 1):l一9. 术与工程。2003,3(6):573—576. 【8]Shal,gard M R,Bada,nchizadeh M A,Ranjhary G,Amini K.Fuzzy appro— (Zhao Fu—ling.Lv Zhan-zhu.Zhang Ban—rong.Study on the le(‘hn【lII)gical aeh to select machining parameters in electrical discharge machining characteristics of powder-mixed ele('trieal discharge machining lJ j. (EDM)and uhrasonic—assisted EDM processes[J j.Journal of Manufac— Science Technology and Engineering.2003.3(6):573—576) turitag Systems.20l3.32(1):32—39 f2]车江涛.水平超声振动电火花复合加_T:装置及试验研究 j.太娘:中  l9』Mnhammad T,Shervani—Tabar,Karim Maghsoudi,Mohammad R,Shab- 北大学,2014. gard Effects of simultaneous ultrasonic vibration of the toot anti the wo— (Che Jiang-tao The device design amt experimental study Oil horizontal rkpie(,e in ultrasonic assisted EDM[J J.International Journal fi)r Compu— uhrasonie EDM[D].Taiyuan:North Univmsity of China.2014.) tatimml Methods ill Engineering Science&Mechanics.2012.14(I】:1_9. [3]袁根福,祝锡品.精密与特种加工技术[M]一E京:北京大学fl¨扳社, 【l0j李云雁,胡传荣.试验设汁与数据处理[M].北京:化学 T 、 }{版社. 2007. 2003. (Yuan Gen-fu,Zhu Xi-jing.Precision and Spe ̄‘ial Proeessing Te(’hnology (T i Yun—yan,Hu C ̄huan—m”昏E pe rin1efJtal Design and Data Prot’essing [M].Beijing:Peking University press,2007) [M].Beijing:Chemi(・al Industry Press,2003。) f4 陈怀民超声电火花复合加工在模具制造『}1的应川【J_1.模 ,2009,35 『ll J缪东辉.超硬材料的超声电火花复合加工的试验研究[【)].南京:南京 (9):62—65. 航窄航天大学.20 I(1:37—55 (Chen Huai-min.Application of uhrasonie EDM compound processing (Miao Dong—hni.Resear(、h on the uhrasonic hybrid EDM machining of in mould manufacturing[J.Die&Moht lndustu,.2009.35(9):62—65.) super-hard materials【Dl Nanjing:Nanjing Unive ̄ity of Aeronautics and [5]Alenabi M R S H.Ultrasonic assisted electircal discharge machining of Astronautics.20 1 0.) (上接第114页) (You l ̄ekReseart-h t,n Cold-roiled Strip Shape Detection Roll lDf _Q.11I1uaIJg(1ao:Yanshan L Jniversity,2008:52.) [3]李同庆,陈先霖.张力辊打滑与拉矫机延伸率损失[J]。冶金没备,l996 (8):9一I4. (1A Tongqin,Chen xianlin.Tension Roller Slippage and Tension Leveler Elongation Loss[Jj.Metallurgical Equipment.1996(84):9-14.) [4]李海燕.冷连轧机组中张力辊组的设汁[J_.一重技术,2006(4):5-6. 图12改进后的张力辊变形甚 Fig.1 2 Improved Defon'nation of the Tension Roller (Li Haiyan.Design of Cold Rolling Mill Tension roller Set lJ jlA Heavy 改进后的张力辊最大变形量为0.235mm 通过对改进后的 Teehnnh)gy.2006(4):5-6.) l5]陈品晶.浅谈张力辊的结构及应用.工业技术,2012(8):70. 张力辊有限元分析可知,改进后的张力辊的变形量比原来减少 (Chen Jin口Jing.Talking about the Structure and Application of the Ten— _r,在强度均满足要求的前提下,提高r张力辊的刚度。而H在实 sinnRoller.Industrial Technology,2012(8):70) 际的改机后的张力辊的成产中,取得了较好的效果。 【6j常红,赵子龙.材料力学.]E京:科学出版社,2010. 6结论 (Chang Hong,Zhao Zi J0n昏Mechanics()f Male rja1 slBe ing:St’ience Press, (I)根据有限元中的子模型的办法,就可以精确汁算焊缝、 2OlO.) 网角等各个细部的应力 .(2)改进前后焊缝处的设计强度满足使 f7 J郜家祥_牟L钢机械一E京:冶金工业“{版社,1991 (Zhou Jiaxiang.Rolling Mill Machinery Beijing:Metallurgical Industry 用要求 (3)改进后冷轧张力辊的整体刚度有所改善 Press.】991) 参考文献 『8]闻邦椿.机械设计 册(第2版).第2卷一E京:机械 业f{J版卡十=,2009. [I]丁丙强,杨利坡.冷轧带钢接触式板形仪研制及其工业应刚【Ilj_1义器仪 (Wen Bangchun.Mechani(’al Design Handbook(2nd Edititm).Volume 表学报,201O 305—910. 2.Beijing:Machinery Industry Press.2009) (Yu Bingqla gang Lipo.Coht rolle(1 strip steel(!ontact Shapemeter [9]陈火红.新编Mra(-有限元实例教程.北京:机械T.>tkd{版礼,2007. Developmen,2010(4):905—910. ((3he『】Huohong New Marc FEM rutorial examples.Beijing:Machinery 【2]尤磊.冷轧带钢板形检测辊的研究[D].秦皇岛:燕山大学,2008:52. lnduslrv PI-ess.2007.) 

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