文摘

改进的属性可以在铝合金中找到含有碳化硅粒子强化。这项工作研究基地的可加工性与碳化硅颗粒增强6063丝电火花加工。达到较高的材料去除率,电火花约束如电流(I)、启动时间(T_在)、线速(W_年代),电压 ,和pulse-off时间(T_从)可以调整精度。田口L16正交数组是用来设计实验和统计方法用于检查。这些过程特征有显著影响总体回报率,28.2%对MRR影响,23.04%对MRR影响,22.86%对MRR的影响。我们实现mrr 65.21毫克/分钟的样品含有5%和10% SiCp在最佳条件下,分别。线性回归是用来创建统计模型,然后使用确认试验来验证它的准确性预测MRR (-73.65%)。统计模型被用来估计MRR基于各种工艺参数设置。

1。介绍

使用电火花加工是一个孤立的现象,消除了多次点火导线和工件材料的电介质液体(1]。这种液体循环把熔化的碎片从工作区域,同时加工。你可以使用电火花复杂表单的导电金属如铝、铜、铜、钛等合金(2]。而其他技术可以产生较低的薄墙表面粗糙度和短阴角半径,电火花的优点有最少的毛边(3]。这种方法的速度和经济两个额外的津贴。由于其低密度、铝合金广泛用于交通工业(飞机、飞机和船只)。总数的,交通部门消耗23%,其次是建设(25%)、包装(8%)、工程(11%),和电器(6%)。这种金属具有低密度、高延展性,抗腐蚀,导电性4,5]。铝6000系列的优良的机械和焊接特点使范围广泛的产品,包括航空配件和电器元件和连接,镜头安装,和海洋符合及配件。

合金与其他物质如碳化硅(SiC),氧化铝(Al₂O₃氧化镁(分别),水玻璃(WC)二氧化硅(SiO₂)或碳化硼(B₄C)等,将碳化硅和艾尔₂O₃粒子在一个铝矩阵提高屈服强度(y),极限抗拉强度(ut),弹性模量(EM)和硬度(Hd),根据(6)的研究。电导率降低了氧化铝、锆、铈和镁。与铸态合金相比,age-hardened Al 6063 - sicp增强复合材料证明增加硬度120 - 145%的7]。相比,高温老化,老化了稍低耐磨性显著提高。大小减少实现粮食的包容炼油厂(Al-5Ti-1B),也很长,粗粒成圆形改善强度和耐磨性。强度/重量比,优越的热稳定性和耐磨性SiCp有用加强粒子(8,9]。Al 6063与SiCp增强的杨氏模量、强度和韧性(500海里)。调查Al MMC加强硅和碳化钨是由(10]。负载转移到强化通过强大的接口矩阵和增强复合材料。这个过程增强弹性和强度。参考文献(11,12)连续使用机械模拟表明,碳化钨的胡须和氮化铝增强铝复合材料。图1显示了电火花线切割机的示意图。

SiCp-reinforced铝合金的磨料特性使加工困难,导致快速刀具磨损和表面光洁度差(13]。粒子分离和骨折在颗粒增强是导致空洞和蛀牙加工表面出现。非传统方法如电火花(放电生成工具和工件之间的)可能是一个选项的消除金属工件(14,15]。贱金属熔化和蒸发的火花隙集中热量。火花隙充满电介质,用于冷却机以及控制电力的放电。这种方法有一个缺点,它需要一个导电工件(16- - - - - -19]。在电火花的好处是它能够产生复杂的配置文件不管工件的机械特性和工具和工件不进入直接摸在加工过程中。目前,电火花研究趋势主要集中在应用领域的科学研究和优化处理变量(20.]。车辆喷嘴、涡轮叶片冷却孔,药用等设备支架、微流体通道,和不同的微机电设备的制造,EDM近年来已成为越来越受欢迎。抛光3 d印刷部分与电火花能减少大约80%的表面粗糙度,使其成为有用的工具为其他应用程序(21]。根除球磨机坑、孔隙和孔隙度上能看到3 d印刷SS316 L与电火花抛光材料。因为长时间放电吨产生粗糙度高,低吨的电火花抛光应用推广。电极导线是可见的抛光面,积累在极少量22]。

一旦来到铝复合材料,23]研究了热挤压和热治疗的影响增强SiCp大小(0.7 -13)。小型SiCp和0%的粒子没有显著不同的丝电火花加工后的表面质量。切口宽度和电极戴上小SiCp大于大颗粒增强测试样品(24,25]。此外,电极丝在铣削过程中涂层与基体材料。热合到电介质混合导致了增加了加工性能。形状记忆合金镍钛诺电火花处理碳管(1 g / L)增加75.42%老MRR减少了19.15%,另外,它是确定,重铸层的厚度已经显著下降。综合研究了[Al413 - 9%26]的电火花切削加工性能。切缝和表面粗糙度高度与机器的电压、电容、进给速率。提高供应增强MRR在SiC /铝复合加工。矩阵SiCp含量增加了15%,而随后的碳化硅含量的增加增加MRR在相反的方向27]。AA6025综合测试的表面粗糙度和材料去除率(碳化硅:10 wt %和氧化铝:10 wt. %) (28]。提高性能的导电粉末了电介质的研究人员,根据他们的研究结果。这是由于导电粒子电介质的强度会降低,并因此增加了火花隙。由于这种现象,火花隙放电仍在点火过程中更加稳定和高。研究人员的29日,30.)用6%碳化硅/ A356表面更好地了解电火花表面特征。SiC / A359 SiC / Al359 30% 30%和10%。表面越困难,增强粒子的密度。在电火花加工,铜比石墨电极传输更多的金属电极。研究人员的31日- - - - - -33)提高了电火花参数设置机器Al 6063 /空心微珠复合。除了增加的大小,火山口的表面波平滑度也增加了我和T_在。电极磨损增加由于复合材料的表面质量差。

重量百分比和增强颗粒在基体体积百分比的影响复合材料的力学性能。当加强粒子不断地分布在整个材料,复合材料的力学特性改善(34]。由于压力的增加,加强材料开始形成总量,减少了机械品质。SiCp高达10%是提高强度和硬度;然而,在这一点上,这些属性迅速恶化。然而,延性降低SiCp在合金的量增加。超过8% SiCp加载导致聚合粒子在Al 6063矩阵当搅拌铸造进行测试样品。因此,在这个项目中,重量比例限制在8%。传统加工Al-SiCp饱受坑,孔隙、微裂隙,在切割面裂缝的增援部队。电火花加工,例如,可以解决这些问题35]。线EDM过程约束包括T_在和T_从Ws,和我_v在这个分析以优化检查这些设置为了最大化生产力MRR而言。模糊AHP-ARAS、遗传算法和粒子群优化方法如蚂蚱方法和moth-flame更具吸引力与大型数据集实验;然而,田口方法和响应面方法,在这项研究中,使用的是更好的优化在小规模的实验仪器36]。因此,田口方法是用于本研究优化MRR和MRR建立一个可靠的预测的回归模型。

2。材料和方法

样品制备、实验设置、电火花加工参数和实验设计都覆盖在这部分。反应参数和优化方法进行了讨论。

2.1。实验的细节和标本

在这项研究中,研究人员在印度生产的采用两轴数控电火花协议电火花。莫丝宽度的0.16毫米是用来使工具电极。软水和凝胶绝缘子。监管机构有一个0.001毫米的决议。采用搅拌铸造创建SiC particle-reinforced al - 6063合金。通过机械搅拌熔融金属,增强粒子(5和10%按重量),预热到650°C是均匀分布在整个熔融矩阵,这是液化在850°C。熔融金属倒入模具,预热到200°C和允许冷却至室温后才感动。表1概述了铝基复合材料6063的化学组成。

2.2。实验设计

有一个数字的因素影响MRR电火花系统包括电流和脉冲持续时间,线速和电压。电压和其他参数的变化在两个不同的水平。电火花技术的详细参数和因素可能会发现在表2。基于测试的结果,这些水平已被选定。L16田口正交数组选择因为实验需要总共13个自由度。表3概述了实验的行动计划。总共有两个实验条件。标本的厚度和介电流体供应压力仍然持续在处理。

2.3。维度的材料去除率

总共20毫米,试样经过电火花根据表中概述的过程2。(1)计算基于MRR减肥期间加工为每个实验环节。数字质量稳定是用来确定标本之前和之后的weightage加工(和 )(精度:0.001 g)。五个测量了每个样本,以确保准确性。每个测试样本的平均MRR不同SiCp组成如表所示3。图2描述了在不同情况下削减测试材料表面加工。

2.4。优化材料去除率

方差分析技术被用来分析电火花属性如我,很多有钱人,Ws V评估对材料去除率的影响。以95%的置信度,野生用于识别重要的工艺参数。还可以计算出平均MRR在几个水平(水平)。最好的条件高MRR确定每个研究的工艺参数基于MRR水平收益率MRR最高。方程(2)- (5)是用来计算MRR下的最优条件。最后,回归分析是用来构造一个统计模型,可以预测MRR用回归系数。

2.5。材料去除的理论建模

在电火花,材料是通过火花隙放电。通过引发处理产生的火花能量计算使用(6)。火花产生的热量取决于火花的我,T_在,我_v。研究人员采用高斯热输入模型预测负责,尽管其他模型存在。引发的热强度最高的轴(qR)根据这一模型,和热通量与此相关的是由公式(7)。电极和工件之间的电场电离介质液体,允许电子自由流动。最终,火花的形式,这是热得足以融化和蒸发工件。方程可以用来计算半球坑的大小在加工表面作为这一现象的结果(8)。

3所示。结果与讨论

3.1。电流和线速对MRR产生影响

见图2(一个)当前,MRR影响。从4到6个,MRR显著上升。5 a的电流,材料去除率最高0.662毫克/ s。击穿电压和火花能量上升随着电流的增加从低到高值,见(6)。高电流融化和蒸发材料由于高。其他学者也发现了类似的模式。然而,MRR略有下降当电流大于5。当没有足够的冲洗从熔池,重铸层形成之前的加工表面。放电时,碎片从电介质和退化的电极丝溶解颗粒沉积随着放电能量的增加它的最大价值。当前参数超过时,快速的残骸沉积加工的差距已经严重影响了介质击穿特性和材料去除率。表示图像中,线速对MRR产生影响,如图2 (b)。当电极导线的轴盘的转速每分钟180到1440转,MRR是显示在图2 (b)。材料去除率增加从0.382毫克/ 0.664毫克/年代当轴转速增加到每分钟720转。当轴的旋转速度进一步提高,MRR降低了10.52%。这是由于这样的事实,当线速增加,引发能源获得加工的数量下降。正因为如此,随着线的速度增加,MRR瀑布。

3.2。启动时间(T)的影响_在(T)和Pulse-Off时间_从对MRR)

MRR影响T_在和T_从次在图3(一个)和图3 (b)。从25到45 s启动时间,提高了MRR。每个火花的能量(E)=E= VI T_在。因此,更大的陨石坑形成由于延长启动期。然而,从0.685毫克/ s MRR下降到0.582毫克/ s时,启动时间超过45岁。长周期和降低火花频率,如图,可能导致火山口周围的熔池的改革。

MRR一致的下降被认为是导致增加pulse-off期从15秒到30秒,如图4。在pulse-off期间,没有火花。如图4脉冲时间延长周期增长,减少火花频率。MRR减少pulse-off时间增加。

3.3。电压对材料去除率的影响

电压对材料去除率的影响如图5。MRR似乎是直接受电压的影响。MRR上升了24.45%,而火花隙电压从90 V到100 V。V, I, T_在所有影响火花能量(E= V I t_在),如前所述。由于电压的增加,大量材料熔化和蒸发,提高MRR。

作为结果的电火花电极丝和物质,电介质的经历突然上升的压力。孔加工表面出现,因为在熔池的越来越大的压力。也有一些小球部分熔融金属的加工表面。

几SiCp粒子可能会发现在铸层的切割面,显示他们在切割过程中被重新安置。这是因为电介质在加工过程中流传。收集加热熔融颗粒增强、介电流体泵的加工表面。随着熔池矩阵变硬,这些粒子熔融加工表面。大多数陨石坑看起来有一个截球形状根据这些照片。使用高斯热量分布模型,预测的火花半径是同意这个结果。有一个扩展功能火山口附近的机械加工面边界。有一块矩阵中的粒子包裹材料,使它更加难以提取钢筋SiCp。火花隙使剩下的突出部分高温。火花和旅行线电极都产生重大影响增强粒子,造成冲击波和一个机械的时刻。 All the SiCp particles remain attached to the machined surface, and there is no evidence of debonding from the matrix. The quick cooling of molten metal and the segregation of alloying elements Mg, Si, etc. are largely responsible for the existence of blow holes. Blow holes are formed on a machined surface by a sparking process in the dielectric medium.

3.4。方差分析的材料去除率

表4方差分析的结果显示MRR。工艺特点显著影响MRR可以找到利用野生方差分析数据置信水平为95%。他们对MRR有相当大的影响,因为他们的f值高于上述变量的关键值。每个工艺参数的贡献的百分比也考虑。在几个因素影响材料移除率,目前占最大的份额(28.2%)、追踪的V (23.04%),T_从(22.84%),T_在(16.12%)和W_年代(13.02%)。

3.5。最佳的工艺参数

当使用电火花机器Al 6063 - sicp复合使用田口方法来优化加工参数最大MRR。表5显示平均MRR基于各种工艺参数配置。有一个最大MRR设置一个₃B₃C₁D₂E₂,即,我at level 3 (6 A), T_在3级(45),T_从在1级,W_年代设置为3水平,电压100 V,见下表(要求等级2),样品SiCp含5%和10%,预期MRR 68.23毫克/分钟和68.16毫克/分钟,分别。表6显示的结果确认试验,同时进行。实验表明,MRR与模型的预测是一致的。这个表格还显示最大的改变(δ)MRR设置的变化带来的各种流程。处理因素排序而言,当前影响基于δ值:I, II, III, IV, V pulse-off和启动时间,以及线的速度。

3.6。回归建模的材料去除率

在这个领域,我们将通过创建一个统计模型的细节,可以用来估计MRR基于各种过程参数值。我,T_在,T_从, ,我_v,和材料去除率是通过使用一个统计模型建立。建模考虑这些变量的主要影响。所示(9),回归模型生成的样本与5%和10% SiCp可以表示为(10)。方程有73.6%确定系数(R 2)。

预测材料的正确度去除率由回归模型评估指导确认实验操作因素的限制,也就是说, ; 。测试样品以5%和10%的MRR被发现有类似的实际MRR值。有4.45%的最小和平均预测误差材料去除率,分别。2.19标准偏离平均值显示显著偏差。表6描绘了预测和实验材料去除率(毫克/ min)的最佳条件。

4所示。结论

这种分析检查等因素的影响 在处理5 wt % 10 wt %合金钢丝电火花加工。可以提高电火花的生产力公司通过使用最佳设置增加MRR在处理这些复合材料。结果导致了以下的结论。(我)MRR显著影响和增加了电流、启动时间、pulse-off时间,线速,电压也拒绝pulse-off上升时间和线速超过720 rpm。(2)电压(23.04%)、启动时间(22.86%)、pulse-off时间(16.12%),和网速都导致MRR波动程度低于当前线速(28.2%)(13.04%)。(3)最优设置形成了最大的材料去除率(66.32毫克/分钟 与5%和样品 )目前 ,和电压- 100 V。(iv)可以估计的电火花MRR Al 6063 SiC - p。10 wt %在操作范围内使用统计模型(R²-73.65%)。 ; 提出了回归模型的MRR预测误差范围从4.45%到20.46%。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。进一步的数据或信息都可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢亚的支持明奇大学,埃塞俄比亚,手稿的研究和准备。作者感谢安贝德卡理工学院博士,m . s . Ramaiah理工学院,斯里兰卡Vasavi工程与技术研究院完成这个实验工作提供帮助。