试验研究在线切割机床的纯钛材料传输机制(2级)

文摘

本研究工作主要集中在试验研究在线切割机床的纯钛材料转移机制。加工参数的影响,如脉冲,脉冲时间,峰值电流,火花隙电压、送丝,和钢丝张力对材料去除率(MRR),过调制,对纯钛表面粗糙度在电火花线切割过程进行了探讨。选择加工样品进行了分析使用能量色散x射线分析、扫描电子显微镜和x射线衍射技术。观察到的结果,一个重要的材料转移发生介质,以及工具,工作电极表面在自由形式和/或复合的形式。也多响应优化的工艺参数是使用愿望的方法完成的。这个模型的预测被进行实验验证。

1。介绍

使用轻,薄,紧凑的机械元素最近成为全球趋势。寻找新的、轻质材料以更大的强度和韧性的发展导致了新一代的材料,如钛。拥有更大的硬度和强化力量,这些材料都是由传统方法难于加工。尽管这些材料可以加工一般来说,地下损害如冶金变化,加工硬化,微裂隙可以发生。因为使用常规加工的成本通常是禁止的,非传统加工如丝电火花加工(有线)是最理想的技术在处理这些材料(1]。丝电火花加工(有线)是一家专业热能够精确加工零件的加工过程不同硬度或复杂的形状,有锐利的边缘,很难加工的主流加工过程。线切割机床的实际技术过程是基于常规EDM火花现象利用材料去除的被广泛接受的非接触技术。线切割机床问世以来的过程,已经从一个简单的制造工具和模具生产微尺度的最佳替代部分程度最高的尺寸精度和表面光洁度。电火花线切割机是一些常见的应用程序,包括冲压、挤压工具和模具的制造,设备和仪表,原型,飞机和医疗部分,和砂轮工具(2]。线切割机床的材料去除机制非常类似于常规EDM过程涉及的放电产生的侵蚀效应(火花)。在线切割机床,从工件材料侵蚀的一系列离散的火花发生和工件之间的电线,被一连串的电介质,不断的加工区域。线切割机床,金属电极是通过工件通常落后于垂直的水平。这个过程不断利用旅行电极丝制成的薄铜、黄铜、或钨直径0.05 - -0.3毫米,这是能够实现的非常小的圆角半径(3,4]。线保存在张力使用机械张力调整装置减少的趋势产生不准确的地方。在电火花线切割过程中,工件的材料被侵蚀的一系列离散的火花,在电线。所使用的微处理器不断满足薄丝会不断保持之间的差距(0.025到0.05)毫米线一块一块的工作。在电火花线切割过程中,没有直接接触工件和线块从而消除在加工机械应力。

2。研究工作的背景

米勒et al。5)提出了一个研究切削参数的优化是有效的材料去除率和表面光洁度。表面光洁度的提高增加了放电电流,脉冲持续时间和线速。黄和廖6]研究了利用灰色关联和信噪比的演示表的影响饲料和脉冲对MRR准时。Hewidy et al。7]丝电火花加工的加工参数建模的铬镍铁合金用RSM - 601。一般认为是体积金属去除率与峰值电流的增加价值和提高水的压力。马哈帕特拉和Patnaik8)优化参数使用田口方法在D2工具钢材料线切割机床工作过程。观察到放电电流,脉冲持续时间、介质流量、放电电流和脉冲持续时间之间的交互切割操作最重要的参数。数学模型的优化开发MRR使用非线性回归方法和表面光洁度。Ramakrishnan和Karunamoorthy9田口方法的稳健设计方法用于线切割机床。三种反应,即材料去除率、表面粗糙度和线磨损率被认为是。吗哪和Bhattacharyya [10)优化加工参数使用田口方法和高斯消元法。测试结果得出结论,电压和脉冲时间最重要的参数是控制金属去除率。Sarkar et al。11,12]介绍了丝电火花加工的建模和优化多弧离子镀在单一和多通道切割操作。安二阶数学模型和方法,加工参数,开发了切削速度、表面粗糙度、钢丝用RSM补偿。杨et al。13]分析了金属去除率的变化,表面粗糙度平均和角偏差(CD)的金属丝电火花加工(有线)过程与纯钨的切割概要文件。混合方法,包括响应面法(RSM)和反向传播神经网络(摘要)集成模拟退火算法(SAA)提出了确定最优参数设置。Kumar et al。14]探索研究电火花线切割加工的工业纯钛(2级)。等参数的脉冲,脉冲时间,峰值电流,火花隙设置电压、送丝,和钢丝张力变化调查他们对切削速度的影响,目前差距,加工表面粗糙度的标本。沙et al。15)调查了七个加工参数除了不同材料厚度等加工反应MRR、切口、线切割机床加工碳化钨样品的表面粗糙度。实验的设计是基于田口正交设计。结果显示小材料厚度对材料去除率的影响和切口。Sadeghi et al。16]讨论了工艺参数对表面粗糙度的影响和金属去除率的线切割机床符合美国钢铁协会的D5合金钢。发现放电电流和脉冲间隔对MRR更重要比开路电压和表面粗糙度。龚和蒋介石17]研究行为丝电火花加工的铝氧化物陶瓷。的影响加工参数对材料去除率和表面粗糙度进行了评估。Tzeng et al。18]分析了工件材料去除率和表面光洁度的依赖在制造过程中工艺参数的纯钨概要文件由丝电火花加工(有线)。混合方法包括一个反向传播神经网络(摘要)、遗传算法(GA),响应面方法(RSM)提出了确定最优参数设置的线切割机床的过程。结果表明,RSM和摘要/ GA方法都是有效的工具对电火花线切割工艺参数的优化。饶和帕瓦尔19]提出使用响应面建模的数学模型(RSM)关联各种线切割机床参数的相互关系,如脉冲,脉冲时间,峰值电流,和伺服饲料的加工速度和表面粗糙度。Yu et al。20.]探索研究多晶硅材料线切割机床使用过程优化槽宽度、表面粗糙度和切削速度。结果表明,脉冲在时间切割速度的最重要因素,表面粗糙度和槽宽。Kuruvila和Ravindra21]研究了电火花线切割加工参数对尺寸误差的热作模具钢,表面粗糙度,MRR。这项研究表明,较小的脉冲时间和脉冲时间与最小尺寸错误导致改善总体性能和良好的表面光洁度。本研究探讨了纯钛(2级)使用线切割机床的切削加工性能的过程。纯钛(2级)是广泛用于海水管系的,反应堆容器和热交换器。六个参数,脉冲,脉冲时间,峰值电流,火花隙电压、送丝,钢丝张力,不同调查他们对输出响应的影响,也就是说,MRR、过调制和表面粗糙度。此外,二阶数学模型,在加工参数,开发使用响应面方法。这些反应进行了优化使用多响应优化通过愿望。方差分析是用来确定加工中所涉及的各工艺参数的重要性。测试结果证实了发达RSM模型的有效性和充分性。选择加工样品进行了分析使用能量色散x射线分析、扫描电子显微镜和x射线衍射技术。

3所示。材料和方法

实验进行的四轴数控线切割机床类型(电子乐Sprintcut, 734),如图1(a)。六个参数,即脉冲,脉冲时间,峰值电流,火花隙电压、送丝,和钢丝张力变化来研究它们对输出响应的影响,MRR、过调制和表面粗糙度。参数保持不变在加工电极(铜丝0.25毫米),材料26毫米,厚度和介质压力7公斤/厘米²。加工材料的化学成分的实验是C: 0.10%, 0.03%, O₂:0.25%,H₂:0.015%、铁:0.30%,Ti: 99.03%。工作物质形式的方形板尺寸148毫米×148毫米×26毫米被实验工作。加工表面的表面粗糙度测量μm。测量了三次使用三丰公司的SURFTEST (sj - 301)。数据1(b) -1(d)显示工作和线在加工路径配置文件。的参考点是O(5,0)和线工具路径OA-AB-BC-CD-DO痕迹。加工的数控程序是使用ELAPT生成软件。

4所示。实验设计

主要的工艺参数及其水平实验的基础上决定飞行员实验使用一次一因素方法(局长)14]。主要实验研究使用基于RSM Box-Behnken设计包括脉冲,脉冲时间,峰值电流,火花隙电压、送丝,钢丝张力机参数如表所示1。在目前的研究中,尝试使用统计回归分析建立实证模型。它提供了一个输入工艺参数之间的关系基于实验结果和输出性能。最后,分析了研究的主要作用及其交互探索二次参数对性能的影响。与二次多项式模型相关的响应Box-Behnken设计给出的因素在哪里所需的响应和吗是独立于量化过程变量。是恒定的,,,的系数是线性、二次和跨产品的条件。


美国没有。	符号	输入因素	水平			单位
美国没有。	符号	输入因素	我	二世	三世	单位

1		脉冲时间	0.7	0.9	1。1	µs
2		脉冲关机时间	17	26	38	µs
3		峰值电流	120年	160年	200年	安培
4		火花隙电压	40	50	60	伏特
5		送丝	4	7	10	米/分钟
6		线张力	500年	950年	1400年	克

4.1。响应面方法

响应面方法是数学和统计技术的集合建立经验模型。RSM应用建模等输出响应的材料去除率,过调制和表面粗糙度。一般的二阶模型被定义为在哪里所需的响应和吗响应函数。为分析目的,近似的提出了使用拟合二阶多项式回归模型。

5。结果与讨论

5.1。工艺参数对材料去除率的影响

考虑在哪里切削速度在毫米/分钟(从机器控制面板如图1(b)),减少宽度(10毫米),工件的厚度(26毫米)。过程的影响参数对MRR一直由计算的值如表所示26.0使用设计专家,软件。适当的模型和工艺参数的影响与他们交互MRR方差分析(表所示3)。这个模型是在95%置信水平。该模型值为97.91时暗示MRR模型具有重要意义。这是观察到的和值的因素(脉冲)(脉冲)对MRR有最重要的影响。“概率的值。“小于0.05表明模型方面意义重大。在这种情况下,,,,,,,是重要的模型。缺乏合适的值为0.4750意味着它比纯粹的错误并不重要。“Pred。0.9228平方”,是在合理的协议”。0.9360平方的。的MRR模型


因素							响应变量
标准没有运行。	脉冲时间(µs)	脉冲关机时间(µs)	峰值电流Ip(安培)	SV火花隙电压(伏)	送丝WF(米/分钟)	线张力WT(克)	MRR(毫米³/分钟)	过调制(米)	表面粗糙度(米)

1	1。1	28	200年	50	7	500年	9.6	40	3.22
2	0.9	38	160年	50	4	500年	4.92	26	2.48
3	0.7	28	160年	60	4	950年	3.39	22	2.23
4	0.9	17	120年	50	10	950年	8.29	38	2.75
5	0.9	28	120年	60	7	500年	4.45	31日	2.47
6	1。1	28	160年	40	4	950年	9.2	33	2.93
7	0.9	38	160年	50	10	1400年	4.77	25	2.48
8	0.9	28	160年	50	7	950年	5.19	30.	2.65
9	0.9	17	160年	50	4	500年	8.81	33	2.81
10	1。1	28	160年	40	10	950年	8.59	33	2.94
11	1。1	38	160年	40	7	950年	8。3	32	2.91
12	1。1	28	160年	60	4	950年	7.03	35	2.83
13	0.9	17	160年	50	10	500年	8.19	32	2.79
14	0.9	28	160年	50	7	950年	4.67	30.	2.61
15	0.7	28	120年	50	7	500年	3.28	25	2.49
16	0.9	28	160年	50	7	950年	5.51	31日	2.68
17	0.9	28	120年	60	7	1400年	4.66	28	2.49
18	0.7	38	160年	40	7	950年	3.65	28	2.32
19	0.9	38	120年	50	10	950年	4.37	26	2.31
20.	0.9	28	200年	40	7	1400年	6.72	38	2.89
21	0.9	28	200年	60	7	500年	6.67	32	2.69
22	0.9	38	200年	50	10	950年	6.54	35	2.57
23	0.9	28	120年	40	7	1400年	5.07	29日	2.71
24	0.7	28	120年	50	7	1400年	3.3	24	2.51
25	0.9	38	200年	50	4	950年	7.07	35	2.56
26	1。1	28	160年	60	10	950年	6.77	37	2.82
27	1。1	28	120年	50	7	500年	7所示。1	33	2.77
28	0.7	28	160年	40	10	950年	4.27	30.	2.35
29日	0.7	28	200年	50	7	500年	4.49	31日	2.48
30.	0.7	17	160年	40	7	950年	6.9	33	2.70
31日	0.7	28	200年	50	7	1400年	4.44	33	2.51
32	0.9	28	160年	50	7	950年	4.7	31日	2.65
33	0.9	17	200年	50	4	950年	8.06	42	2.88
34	0.9	28	160年	50	7	950年	5.61	33	2.65
35	1。1	17	160年	40	7	950年	11.16	43	3.28
36	0.9	17	200年	50	10	950年	8.28	37	2.98
37	0.9	28	200年	40	7	500年	7.07	35	2.84
38	0.7	28	160年	40	4	950年	4.41	30.	2.33
39	0.9	38	160年	50	10	500年	4.96	25	2.50
40	0.9	28	160年	50	7	950年	5.65	32	2.69
41	1。1	38	160年	60	7	950年	6.77	33	2.66
42	0.7	17	160年	60	7	950年	4.14	30.	2.60
43	0.9	28	200年	60	7	1400年	6.57	32	2.68
44	0.9	17	120年	50	4	950年	7.61	35	2.75
45	0.7	28	160年	60	10	950年	3.75	25	2.28
46	1。1	28	120年	50	7	1400年	7.11	35	2.75
47	0.7	38	160年	60	7	950年	3.28	24	2.15
48	0.9	17	160年	50	4	1400年	8.15	31日	2.85
49	0.9	28	120年	40	7	500年	5.36	31日	2.78
50	1。1	17	160年	60	7	950年	8.45	40	3.00
51	0.9	38	120年	50	4	950年	4.55	25	2.29
52	1。1	28	200年	50	7	1400年	8.37	35	3.12
53	0.9	17	160年	50	10	1400年	7.53	37	2.82
54	0.9	38	160年	50	4	1400年	4.92	25	2.49


源	党卫军	景深	女士	价值	概率。>	在95%置信区间	%的贡献

模型	180.93	8	22.62	97.91	< 0.0001	重要的
脉冲时间	100.66	1	100.66	435.74	< 0.0001	重要的	52.61
脉冲关机时间	41.27	1	41.27	178.64	< 0.0001	重要的	21.57
峰值电流	14.62	1	14.62	63.28	< 0.0001	重要的	7.64
火花隙电压	9.09	1	9.09	39.35	< 0.0001	重要的	4.75
脉冲关机时间²	11.35	1	11.35	49.12	< 0.0001	重要的	5.93
峰值电流²	0.98	1	0.98	4.24	0.0453	重要的	0.512
脉冲关机时间峰值电流	2.26	1	2.26	9.77	0.0031	重要的	1.18
缺乏合适的	9.40	40	0.24	1.18	0.4750	不重要

调整= 0.9360
预测

SS:平方之和,景深:自由度,女士:意思是广场,价值:费舍尔价值。

数据2(一个)和2 (b)显示三维交互响应MRR情节。从图2(一个),这是观察到MRR增加从4.91毫米³7.70毫米/分钟³/分钟和峰值电流的增长从120年到200年amp和减少脉冲时间从38 - 17μ年代。这个结果得出的结论是由于增加的脉冲峰值电流,减少时间;增加放电能量的速率和脉冲频率减少线electrode-work差距。火花隙的放电能量的浓度导致融化和蒸发的熔融金属和浮动悬浮在MRR的放电导致增加。高峰值电流和低脉冲时间增加火花隙中的碎片,导致异常的灭弧。异常的灭弧放电率和降低材料去除率(22]。也异常放电减少了绝缘强度导致断线。这是观察从图2 (b)从6.81毫米,MRR增加³8.93毫米/分钟³/分钟的减少脉冲时间38 17μ60年代和火花隙电压40 V。这可能会降低工作和金属电极之间的差距在火花。人们发现在减少火花隙电压、线速增加导致增加MRR。目前的研究显示,能达到更高的MRR最低的火花隙电压、脉冲时间,和高的峰值电流。观察到线切割机床表面产生更多不规则地形和缺陷包括珠的碎片,球形粒子,不同大小的火山口,凹痕,微裂隙如图5和6。增加放电热量形成的熔池金属过热。过热熔融金属蒸发形成气泡,爆炸放电终止时,将熔化的金属材料。结果是陨石坑的形成。当放电停止时,这些小气泡包含低压力的能量将会崩溃。结果是细凹痕,这也降低了表面粗糙度。球形粒子被报道将熔融材料的表面张力。从先前的研究,一些熔融材料没有刷新从电介质的差距仍在放电。这种材料表面重新固化加工样品,被称为重铸层(23]。出现重大重铸层如图8。数据2 (c)和2 (d)残差的正态概率图和残余和预测对MRR情节。这是观察到一条直线结束后的残差,错误是正态分布。基于实验结果如表所示2、最大MRR = 11.16毫米³/分钟时获得的参数设置在脉冲时间= 1.1μ年代,脉冲时间= 17μ年代,峰值电流= 160,火花隙电压= 40 V,送丝= 7米/分钟,和钢丝张力= 950克。

(一)

(b)

(c)

(d)

5.2。在过度切割工艺参数的影响

这个概要文件追踪线和工作是不一样的。之间的垂直距离实际的概要文件和配置文件追踪线等于削减的宽度的一半。因此,实际工作产生尺寸过小或过大的根据工作是否穿孔或死亡。在目前的研究中,这项工作被视为一个正方形如图1(f)。尺寸偏差的平方穿孔等于一半的宽度。使用电子数显卡尺测量尺寸偏差(三丰公司)有至少0.001毫米。的过调制(图所示1(c))被确定为在哪里=程序路径和=实际工作概要。方差分析和率进行了测试来验证模型的正确性。该模型30.71表的价值4暗示过调制模型具有重要意义。只有0.01%的几率,”模式价值”可以在很大程度上因为噪音。的这个因素的值是99%,这显示了它强大的影响力的贡献为30.07%和28.76%。“概率的值。“小于0.05表明模型方面意义重大。在这种情况下,,,,,,,,是重要的模型。缺乏合适的值为0.1719意味着它比纯粹的错误并不重要。“Pred。0.8191平方”,是在合理的协议”。0.8706平方的。这个模型可以用来导航的设计空间。回归模型给出了过调制


源	党卫军	景深	女士	价值	概率。>	在95%置信区间	%的贡献

模型	1101.81	12	91.82	30.71	< 0.0001	重要的
脉冲时间	368.17	1	368.17	123.16	< 0.0001	重要的	30.07
脉冲关机时间	352.67	1	352.17	117.97	< 0.0001	重要的	28.76
峰值电流	176.04	1	176.04	58.89	< 0.0001	重要的	14.37
火花隙电压	28.17	1	28.17	9.42	< 0.0038	重要的	2.30
脉冲关机时间²	14.22	1	14.22	4.76	0.0350	重要的	1.16
峰值电流²	76.13	1	76.13	25.47	< 0.0001	重要的	6.21
送丝²	13.40	1	13.40	4.48	0.0403	重要的	1.09
线张力²	54.41	1	54.41	18.20	< 0.0001	重要的	4.44
脉冲时间火花隙电压	36.00	1	36.00	12.04	0.0012	重要的	2.94
脉冲关机时间峰值电流	21.13	1	21.13	7.07	0.0111	重要的	1.72
缺乏合适的	115.73	36	3.21		0.1719	不重要

调整= 0.8706
预测

SS:平方之和,景深:自由度,女士:意思是广场,价值:费舍尔价值。

图3(一个)显示了响应的三维响应面图过调制的脉冲在时间和火花隙电压。正是从这些情节观察过调制增加通过增加脉冲时间0.7μ年代,至1.1μ年代和并行减少火花隙电压。由于在脉冲时间增加,放电能量的火花隙增加。在高水平的放电能量的火花隙导致更高的过调制(24),观察过调制在增加脉冲值为26.85μ米至34.07μm。进一步减少火花隙电压60 V 40 V,过调制也增加。发现减少火花隙电压降低了火花隙和增加的熔融金属由于其高热能的差距。观察过调制在减少火花隙电压值为25.07μ米至35.87μm。图3 (b)展示了三维响应面和等高线图之间的脉冲时间和峰值电流。正是从这些情节观察过调制却降低了通过增加脉冲时间从17岁μ年代38μ年代同时减少峰值电流从200年到120年。发现通过减少峰值电流导致较小的放电能量的火花,所以线弯曲和振动减少可能导致较小的过调制。通过增加脉冲时间和火花隙电压意味着增加脉冲频率,这样小数量的碎片的电气放电可能导致较小的过调制。为了获得较小的过调制,也就是说,22岁μ的最优参数组合脉冲m = 0.7μ年代,脉冲时间= 28μ年代,峰值电流= 160,火花隙电压= 60 V,送丝= 4 m / min,钢丝张力= 950克。数据3 (c)和3 (d)显示残差的正态概率图和残余和预测情节过调制。可以看出残差通常落在一条直线暗示的错误通常是分布式的。

(一)

(b)

(c)

(d)

5.3。工艺参数对表面粗糙度的影响

表面粗糙度是一个重要的过程反应,要求表面组件的状况必须加工。如果加工工作材料的表面光洁度是决定性因素由于其应用程序需求,那么工作材料必须加工材料去除率较低。方程代表了加工参数与表面粗糙度之间的关系,这是对表面粗糙度统计模型的结果

基于方差分析如表所示5,它暗示脉冲,脉冲时间,峰值电流和火花隙电压显著的表面粗糙度。此外正常块残差和残余和预测也被吸引。数据是正态分布。这是观察到的数据4 (b)和4 (c)大约所有实验结果都非常接近预测的值,因此开发模型可以有效地用于预测线切割机床的纯钛的表面粗糙度。的价值缺乏适合0.1173充分表明该模型与数据的吻合程度。“Pred0.9527平方”,是在合理的协议”0.9646平方的。这是观察从图4(一)表面粗糙度是影响脉冲之间的相互作用在时间和峰值电流2.41到2.72的价值μm。当脉冲时间从0.7提高到1.1μ200年代的峰值电流,结果表面粗糙度从2.40提高到3.13μm。高脉冲电流引起电介质的频繁开裂,造成更多融化驱逐和更大的拉伸应力。这些影响了可怜的表面光洁度。在更高的脉冲在时间和峰值电流,每个脉冲放电能量增加生产更深层次和更广泛的重叠的陨石坑,凹痕,小球的碎片,和微裂隙加工样品的扫描电镜显微图(数字5和6)。快速冷却和加热效应产生气泡,放电终止时爆炸。很明显从图5 (b)火山口的直径和深度更深层次和更广泛是由于高峰值电流(200 A)和低脉冲时间(17μs)可能会导致增加表面粗糙度(2.98μ米)。在更高的峰值电流,放电能量对工件表面的影响变得更大,从而导致侵蚀导致恶化的增加表面粗糙度的25]。这是观察从图6 (b)一些钛粒子被突出,完全从表面脱落,可能发生在更高的脉冲时间(1.1μ和峰值电流(200)。获得最低的表面粗糙度值为2.15μ在实验中没有。15。


源	党卫军	景深	女士	价值		在95%置信区间	%的贡献

模型	3.08	10	0.31	145.26	< 0.0001	重要的
脉冲时间	1.64	1	1.64	775.10	< 0.0001	重要的	55.0
脉冲关机时间	0.84	1	0.84	396.22	< 0.0001	重要的	28.0
峰值电流	0.23	1	0.23	108.54	< 0.0001	重要的	8。0
火花隙电压	0.18	1	0.18	85.03	< 0.0001	重要的	6.0
脉冲关机时间²	0.013	1	0.013	6.36	0.0155	重要的	0.41
送丝²	0.068	1	0.068	32.18	< 0.0001	重要的	2.15
线张力²	0.019	1	0.019	8.90	0.0047	重要的	0.6
脉冲时间峰值电流	0.086	1	0.086	40.62	< 0.0001	重要的	2.71
缺乏合适的	0.087	38	0.002295	2.91	0.1173	不重要

调整= 0.9646
预测

SS:平方之和,景深:自由度,女士:意思是广场,价值:费舍尔价值。

(一)

(b)

(c)

(一)

(b)

(c)

(d)

图5

μ μ μ μ μ μ μ μ 扫描电镜显微照片(1000 x 2000 x 3000 x 500 x): (a)实验。1,在= 1.1年代,= 28年代,Ip = 200, SV = 50 V, WF = 7米/分钟,WT = 500克;(b)的实验。35岁,在= 1.1年代,= 17年代,Ip = 160, SV = 40 V, WF = 7米/分钟,WT = 950克;(c)实验。15日,在= 0.7年代,= 28年代,Ip = 120, SV = 50 V, WF = 7米/分钟,WT = 500克;(d)实验。6日,在= 1.1年代,= 28年代,Ip = 160, SV = 40 V, WF = 4米/分钟,WT = 950克。

(一)

(b)

(c)

(d)

图6

μ μ μ μ μ μ μ μ 扫描电镜显微照片(1000 x 2000 x 3000 x 500 x): (a)实验。1,在= 1.1年代,= 28年代,Ip = 200, SV = 50 V, WF = 7米/分钟,WT = 500克;(b)的实验。52岁,在= 1.1年代,= 28年代,Ip = 200, SV = 50 V, WF = 7米/分钟,WT = 1400克;(c)实验。50岁,在= 1.1年代,= 1760年代,Ip = 160, SV = V, WF = 7米/分钟,WT = 950克;(d)实验。36岁,在= 0.9年代,= 17年代,Ip = 200, SV = 50 V, WF = 10米/分钟,WT = 950克。

6。裂缝的形成

基于先前的研究工作由李,李22),裂纹的形成通常与发展高温度应力超过断裂强度,以及塑性变形。此外,微裂隙的形成不仅受加工参数的设置,但也取决于一些材料性能如抗拉强度、热导率、热膨胀系数、杨氏模量。为了检查地下裂缝线切割机床的加工样品表明,材料非晶在自由形式和/或复合的形式。微裂隙的形成通常是伴随着快速冷却和加热电介质。加热和冷却过程增加屈服应力和材料在加热进行塑性变形引起建立抗拉应力导致裂纹的形成。表面的裂纹分布观察与评价裂缝密度和平均自由程的裂缝27,28]。表面裂纹密度在不同峰值电流和脉冲时间观察数据7(一)- - - - - -7 (d)。这是观察到裂纹是由于高脉冲时间和峰值电流。由于增加了脉冲在时间和峰值电流导致高温条件对工件造成表面裂纹发展的材料。观察表面裂缝密度大由于自由程的碎片也进入原始材料的程度更深。总的来说,结果表明,表面裂纹是由增加脉冲在时间和峰值电流。裂缝形成的陨石坑继续传播当另一个放电发生在社区,如图7 (c)。它可以指出,裂纹路径的交叉或inter-granular点通常形成垂直角度如图7 (b)。穿透裂纹穿透整个地下在某种程度上进入母体材料,通常观察到在去离子水进行加工时,如图7(一)。穿透裂纹往往在火山口边缘形成一个闭环。这些地下穿透裂缝主要是由于高应力诱导浓度在火山口边缘凝固。

(一)

(b)

(c)

(d)

图7

μ μ μ μ SEM显微图的地下裂缝在不同脉冲在时间和峰值电流:(a)= 1.1年代,Ip = 160, (b)= 1.1年代,Ip = 200, (c)= 0.9年代,Ip = 120, (d)= 0.9年代,Ip = 160。

(一)

(b)

(c)

(d)

图8

μ μ μ μ SEM显微图重铸层在不同脉冲在时间和峰值电流:(a)= 1.1年代,Ip = 160, (b)= 1.1年代,Ip = 200, (c)= 0.9年代,Ip = 120, (d)= 0.9年代,Ip = 160。

7所示。工艺参数对铸层的影响(RL)

重铸层观察横截面的线切割机床表面。重铸层定义为材料融化电火花和resolidified工作表面不被驱逐或被电介质(29日]。很难去除,其外观是通过扫描电子显微镜观察不同程度的放大。铸层以下的热影响区。重铸层厚度变化是由于表面硬化材料电火花放电热量的工作。火花的强度取决于峰值电流,脉冲在时间和脉冲时间。线切割机床表面的重铸层厚度增加是由于增加的峰值电流和脉冲时间和减少脉冲的时间观察到数据8(一个)- - - - - -8 (d)。由于增加了脉冲在时间和峰值电流,等温的融化变得更加强烈,进一步渗透到贱金属,结果扩展了重铸层的厚度。很明显,重铸层表现为非均匀波模式。重铸层的平均厚度,观察,有6的一种变体μm - 18μm。

8。分析线磨损率和线断裂

在线切割机床,切削是通过铜丝有900 N / mm的抗拉强度²。钢丝断裂的发生将导致减少的加工精度和加工表面质量的恶化。由于热影响,开发工具和工件之间的界面区,很多材料变化发生在工具和工件的表面30.]。在这方面,材料加工线的传输特性进行了调查。线是美联储通过导辊原因磨蚀作用线和工件之间可能导致减少了截面工件的表面特征也会受到影响。因此应采取适当的照顾在加载轴机器避免线偏转和破损。在这项研究中有两种类型的钢丝断裂,观察;一个是由于高频率峰值电流,另一个是增加火花。数据9 (b)- - - - - -9 (e)显示磨损的显微图线。有许多不同的陨石坑和残差的碎片坚持电极丝的表面。残差的铜、碳、氧和钛被发现在电极丝由EDX观察图所示9 (f)。这可能是由于熔化和再凝固后的钛和铜电极丝电火花线切割。通过增加峰值电流会导致较高的放电能量的生成火花隙可能导致增加线磨损率和线断裂。当碎片的差距无法刷新正确的介质可能导致电弧产生,电线破损发生。此外,自从火花隙太窄,部分放电能量吸收线电极。因此钢丝的表面由于诱导高温融化。

(一)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

图9

μ μ μ μ μ μ μ μ 扫描电镜显微图(250 x 500 x)的加工电极丝的纯钛表面加工(a)新鲜线;(b)的实验。1,在= 1.1年代,= 28年代,Ip = 200, SV = 50 V, WF = 7米/分钟,WT = 500克;(c)实验。35岁,在= 1.1年代,= 17年代,Ip = 160, SV = 40 V, WF = 7米/分钟,WT = 950克;((d)、(e))的实验。15日,在= 0.7年代,= 28年代,Ip = 120, SV = 50 V, WF = 7米/分钟,WT = 500克;(f) EDX机加工电极丝的= 0.9年代,= 38年代,Ip = 160, SV = 50 V, WF = 4米/分钟,WT = 500克。

9。EDX和XRD分析

通过EDX线切割机床的作品样本检测。图10显示了能量色散x射线(EDX)表面的影响,所获得的加速电压3 kv。通过残差谱技术,加工的铜和锌也检测到样品。这可能是由于融化,蒸发,再凝固的黄铜电极丝和可能导致他们被转移到工作材料。氧的存在可能是由于氧化钛的高温参与这一过程的结果。尽管EDX结果表明,碳和氧也存在于钛,观察这些元素由于电介质与碎片通常含有碳和氧。此外,XRD模式分析证实了工具的迁移元素(阳极),和电介质元素迁移到工作表面,和他们形成不同的化合物如二氧化钛(金红石)(TiO₂),(TiO_0.325)、钛₂O_3,钛铁矿(铁₂“透明国际”₄O),二氧化钛(铜和铜₃TiO₄)。阶段被确定在山峰的形式规模。识别阶段的情节是表所示6和图11。


引用代码	复合名称	晶系	位移(二十)°	化学公式

01-073-1581	氧化钛	六角(225)	0.160	TiO_0.325
01-083-1284	铜氧化钛	菱面体(167)	−0.391	铜₃TiO₄
00-010-0063	氧化钛	立方(227)	−0.270	“透明国际”₂O₃
01-075-0402	钛铁矿	菱形的(148)	−0.668	菲₂“透明国际”₄O
01-085-0547	锌氧化钛	六角(194)	0.000	ZnTiO₃

(一)

(b)

(一)

(b)

图11

μ μ μ μ x射线衍射模式的加工表面:(a)= 1.1年代,= 28年代,Ip = 200, SV = 50 V, WF = 7米/分钟,WT = 500克;(b)= 0.7年代,= 28年代,Ip = 120, SV = 50 V, WF = 7米/分钟,WT = 500克。

10。多响应优化基于愿望

最优工艺参数组合的选择需要获得更高MRR以及最低过调制和表面粗糙度。这是通过应用多响应优化期望函数获得的。愿望的方法是一种有用的方法来优化多个响应。这种方法包括合意性函数的概念。一般的方法是首先将每个响应()到一个个人愿望函数()和范围不同。如果响应在它的目标或目标吗。外面的反应是可以接受的区域()。愿望的重量为每个响应函数定义了它的形状。对于每一个响应,权重分配()强调或不再强调目标。最后,个人愿望功能相结合提供一个衡量的整体愿望多响应系统。这种方法的加权几何平均组合愿望的个人愿望的反应。最优操作条件取决于最大化复合愿望(31日]。复合愿望的加权几何平均个人愿望的反应。因素设置最大愿望总被认为是最佳的参数条件。同时目标函数是一个几何平均数的转化反应。优化是通过以下几点:(我)获得个人愿望(为每个反应);(2)结合个人愿望获得合并后的或复合的愿望();(3)最大化复合愿望并确定最优输入变量设置。

如果它是可取的最大化响应,计算个人愿望

如果目标()是最小化响应,计算个人愿望在哪里下限值的响应和

如果该对象的响应是一个目标值,则按照个人愿望

因素设置最大愿望总被认为是最佳的参数条件。同时目标函数是一个几何平均数的转化反应: 在哪里是反应的措施。如果任何反应或因素愿望范围外,整体功能变成了零。它可以扩展到反映可能的差异不同的反应的重要性,重量满足和

愿望是一个目标函数,范围从零极限之外的一个目标。数值优化找到最大化期望函数。目标的特征可能会被调整重量或改变的重要性。几个反应和因素,所有目标组合成一个愿望的功能。同时优化每个响应都必须有一个低和高值分配给每个目标。反应的“目标”字段必须5个选择:“没有,”“最大”,“目标”或“最低限度,在范围内。“在目前的调查,响应参数MRR、过调制,和表面粗糙度是选择最大化整体的愿望。的“范围”中包含的产品期望函数”“但是不确定””:。表7显示了输入参数的约束条件的反应和目标权重分配给每个参数。表8显示25水平组合的工艺参数的值,将高价值的复合愿望(从0.603到0.527不等),和预测反应获得的值。复合的愿望54的值执行实验运行也表所示8。综合价值的愿望()为0.603。表9给出了最优输入过程参数设置多响应优化。当前的最优工艺参数设置脉冲在时间为1.1μ年代,脉冲时间38μ128年代,峰值电流,火花隙电压50 V, 4 m / min的送丝,钢丝张力1350克。显示结果的灵敏度、轮廓图整体愿望和优化三种反应MRR直方图,过调制,表面粗糙度数据所示12(一个)和12 (b)。算法地区位于靠近右边中心地区的情节,复合愿望价值大于0.603,逐渐减少,我们左派和向上移动。


参数	目标	下限	上限	低体重	上的重量	重要性

脉冲时间		0.7	1。1	1	1	3
脉冲关机时间		17	38	1	1	3
峰值电流		120年	200年	1	1	3
火花隙电压		40	60	1	1	3
送丝		4	10	1	1	3
线张力		500年	1400年	1	1	3
MRR(毫米³/分钟)	最大化	3.28	11.16	1	1	3
过调制(米)	最低	22	43	1	1	3
表面粗糙度(米)	最低	2.15	3.28	1	1	3


因素							预测的反应
Exp.没有。	(µs)	(µs)	Ip(安培)	SV(伏)	WF(米/分钟)	WT(克)	MRR(毫米³/分钟)	过调制(µm)	表面粗糙度(µm)	愿望

1	1。1	38	165年	40	4	1400年	7.63	29.20	2.43	0.603
2	1。0	38	160年	40	4	500年	7.46	28.82	2.40	0.599
3	1。1	38	151年	43	4	500年	7.14	28.11	2.44	0.589
4	1。0	38	166年	46	4	500年	7.53	29.80	2.40	0.583
5	1。1	33	173年	40	4	500年	7.98	31.21	2.49	0.579
6	1。1	30.	154年	40	10	1394年	7.79	30.79	2.53	0.577
7	1。1	38	144年	40	5	1398年	7.00	28.15	2.47	0.577
8	1。1	26	151年	40	10	500年	8.47	32.40	2.47	0.577
9	1。1	31日	157年	40	10	1393年	7.79	30.81	2.39	0.576
10	1。0	21	130年	40	4	1400年	9.19	33.79	2.47	0.574
11	1。0	23	145年	40	10	1400年	8.87	33.28	2.37	0.573
12	1。1	24	146年	40	10	500年	8.84	33.23	2.41	0.573
13	0.9	21	154年	40	4	1400年	8.38	32.37	2.45	0.573
14	1。1	26	137年	40	10	500年	8.16	31.95	2.51	0.571
15	1。0	28	154年	40	9	505年	8.08	31.89	2.44	0.568
16	1。1	38	138年	43	10	1400年	6.78	27.87	2.43	0.566
17	0.9	18	149年	40	4	1400年	8.69	33.27	2.48	0.564
18	1。1	25	138年	40	9	1400年	8.41	32.76	2.45	0.563
19	0.9	17	162年	40	4	1400年	8.84	33.74	2.45	0.558
20.	0.9	17	152年	40	4	500年	8.96	34.01	2.43	0.555
21	1。1	38	148年	41	4	788年	7.07	29.65	2.43	0.553
22	1。1	26	142年	48	4	1400年	7.64	31.45	2.49	0.552
23	1。0	38	156年	48	4	1100年	7.20	30.55	2.43	0.543
24	1。0	22	148年	40	7	500年	8.55	30.97	2.53	0.536
25	1。0	38	176年	58	10	500年	6.94	30.45	2.47	0.527


参数	单位	最优参数设置

脉冲时间	年代	1。1
脉冲关机时间	年代	38
峰值电流	安培	128年
火花隙电压	伏特	50
送丝	米/分钟	4
线张力	克	1350年

(一)

(b)

11。确认实验

验证性实验进行验证最优输入参数设置MRR、过调制,表面粗糙度,与最优响应值进行比较。观察到MRR、过调制和表面粗糙度的实验结果是8.20毫米³/分钟,31.17μ2.43米,μm,分别。表10显示了实验验证的错误百分比发达模型最优参数设置的响应。从分析得出实验和预测MRR值之间的误差,过调制,和表面粗糙度在6.95%,6.32%,和7.25%,分别。显然,这证实了出色的再现性的实验结论。


反应	预测	实验	误差(%)	愿望

MRR(毫米³/分钟)	7.63	8.20	6.95	0.588
过调制(米)	29.20	31.17	6.32	0.573
表面粗糙度(米)	2.43	2.62	7.25	0.562

12。结论

在目前的研究中,试验研究在线切割机床的纯钛材料传输机制(等级2)。脉冲,脉冲时间,峰值电流,火花隙电压、送丝,钢丝张力参数被用来进行实验研究。得出了以下的结论。(1)残差的铜,碳,锌加工检测样品使用谱技术。这可能是由于融化,蒸发,再凝固的黄铜电极丝和转移到工作材料。XRD模式分析证实了迁移工具材料和电介质元素的工作表面。的化合物如二氧化钛(金红石)(),(),钛铁矿()和铜二氧化钛()形成。(2)线断裂、线磨损率观察由于高频率峰值电流和更多的火花。陨石坑的形成和碎片的残差坚持电极丝的表面。观察裂缝由于高脉冲时间和峰值电流。裂纹密度增加是由于快速冷却和加热的火花。(3)这铸层是由于高的峰值电流。还小裂缝观察,可能是由于高脉冲在时间和较高的峰值电流。(4)脉冲在时间、峰值电流和脉冲时间被发现是最重要的材料去除率的影响因素。送丝和丝张力是无关紧要的。(5)发现过调制从26.85变化μ米至34.07μm。与此同时,从时间和峰值电流脉冲之间的相互作用对过调制显示最重要的影响。减少火花隙中观察过调制电压值为25.07μ米至35.87μm。(6)表面粗糙度2.48之间变化μm和2.62μm。表面粗糙度主要是受脉冲之间的相互作用在时间和峰值电流介于2.41和2.72之间μm。(7)观察到脉冲在时间和峰值电流恶化加工样品的完整性产生更深层次和更广泛的重叠的陨石坑,凹痕,小球的碎片,微裂隙。

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d . c .蒙哥马利实验设计与分析威利,纽约,纽约,美国第五版,2001年版。

材料科学与工程的发展

在材料技术模拟和优化

文摘

1。介绍

2。研究工作的背景

3所示。材料和方法

4所示。实验设计

4.1。响应面方法

5。结果与讨论

5.1。工艺参数对材料去除率的影响

5.2。在过度切割工艺参数的影响

5.3。工艺参数对表面粗糙度的影响

6。裂缝的形成

7所示。工艺参数对铸层的影响(RL)

8。分析线磨损率和线断裂

9。EDX和XRD分析

10。多响应优化基于愿望

11。确认实验

12。结论

引用

版权

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材料科学与工程的发展

在材料技术模拟和优化

试验研究在线切割机床的纯钛材料传输机制(2级)

文摘

1。介绍

2。研究工作的背景

3所示。材料和方法

4所示。实验设计

4.1。响应面方法

5。结果与讨论

5.1。工艺参数对材料去除率的影响

5.2。在过度切割工艺参数的影响

5.3。工艺参数对表面粗糙度的影响

6。裂缝的形成

7所示。工艺参数对铸层的影响(RL)

8。分析线磨损率和线断裂

9。EDX和XRD分析

10。多响应优化基于愿望

11。确认实验

12。结论

引用

版权

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