研究了旋转刀具和磁场在电火花加工中的刀具磨损和超切现象

抽象

工具磨损和工件顶切了研究，在放电加工过程中具有旋转的外部磁场和旋转电极。实验已经被分为三个主要制度，即低能量制度，中等能量政权，和高能制度。的工艺参数的影响上电极的磨损率，过切进行了调查。结果表明，施加磁场围绕加工间隙增大了电极的磨损率，过切。此外，刀具的旋转对超挖负面影响。

1.简介

材料如工具钢，陶瓷，金属基复合材料，和Inconel广泛在模具成型，航空航天，外科和汽车行业中使用。这些材料通过使用传统的机加工的机加工是困难的，由于高耐磨性和耐腐蚀性，硬度，以及它们的韧性。放电加工（EDM）是最常用于难加工材料的加工非传统方法。

在电火花加工过程中，如何从加工间隙中清除加工碎片是一个重要的问题。间隙空间中碎片的堆积会引起短路、开路和电弧等非活性脉冲。这些类型的放电不会从工件上移除任何材料，也不会损坏被加工样品的表面完整性。针对这些原因，研究人员对电火花加工中提高冲洗性能的方法进行了研究。方法如旋转工具电极电火花加工[1-6]，超声振动辅助EDM [7-10，电极的振动和旋转的压实[五，11研制了冲洗剂，消除了间隙内的腐蚀颗粒，提高了加工性能。

在电火花加工中，很少有人研究旋转刀具对加工特性的影响。Soni and Chakraverti [1]分析了旋转电极工具的钛合金的EDM的效果。他们发现，该工具的旋转运动增加的电流各级MRR和电极的磨损率（EWR）和脉冲时间。Mohan等人。[2，3]进行对Al-SiC复合材料的材料的实验研究。他们指出，在旋转电极提高了MRR和减小表面粗糙度。Kuppan等。[4研究了不同的电极转速对铬镍铁合金718的影响。结果表明，在低放电能量条件下，转速的提高是有效的因素。Ghoreishi and Atkinson [五研究了在三个加工脉冲能量水平下电极的振动和旋转对加工特性的影响。Saha和Choudhury [6]施加在干EDM电极的旋转。

在非传统制造过程中，磁场被广泛应用。磁性磨料抛光(MAF)和磁性磨料流抛光(MAFF)是在金属、陶瓷和复合材料上制造镜面的有效方法[12-15]。近年来，研究人员使用了电解修整过程中，磁场[16]。他们发现，使用磁场改变了离子从线性到摆线运动的迁移路径。Brujin等。[17]研究磁场的间隙清洗的影响，并指出，所述磁场可改善间隙清洁过程。

虽然有一些研究将磁场与制造过程联系起来，但只有少数工作研究磁力对电火花加工性能的影响。林和李[18]用于EDM过程的磁场，并报告说磁力运行碎屑加工间隙离开并提高特别是在高放电能量政权该操作的特点。Chattopadhyay等人。[19]所使用的磁场和旋转工具电极的多级强度与EDM过程中的各种速度，并表示它们对MRR和EWR的影响。虽然有这些研究在EDM表演外部磁场的影响的研究较少，该超挖，并不是那么在发表的文献研究。此外，在完成研究在电火花加工过程中建立外部磁场的不正是集中在加工间隙。

在这项研究中，旋转的外部磁场的各种强度，并工具转速的不同水平的影响进行了研究电火花加工性能。与其他这项工作的主要区别在于施加旋转磁场的恰好围绕加工间隙中，其它有助于电离并形成等离子体通道。另外，该方法的研究的输出参数是EWR和过切（OC）。

2.实验

2.1。实验装置

为了找到外部磁场和机械加工性能电极的旋转的影响，第39个实验测试号已经对伊朗Ekram 304H / 60A进行开模的放电加工机用异脉冲发生器。对于旋转工具辅助的试验，安装机器上与皮带轮机构的电动机，以产生在刀具主轴的旋转运动。和工具旋转速度已经通过LS600逆变器控制。实验装置示于图图1（a）和图1（b）。

另外，为了在刀具-工件系统周围建立外部磁场，将两个强度不同的磁极(0.38和1.2特斯拉)分别附着在带有中心通孔的圆柱体的内表面上。数字图1（c）描绘磁性容器设备和安装工具和工具夹具的示意图。在此，磁极由电极的旋转围绕工件旋转。此外，磁力线已被证明在这个数字。

机器控制单元包括一个电流计和电压计将其分别串联连接和并联，通过火花间隙来测量平均电流和电压。此外，为了监视和控制的过程中的稳定性，该机器装备有两个电弧和短路LED，其报告的间隙的状态。

2.2。实验材料

工件材料为SPK冷加工钢被广泛地在模具和模具工业中使用。The specimens were cut to cylinders with 14 mm diameter and 30 mm height and then faced and ground with grinding wheel. The chemical compositions of workpiece are listed Table1。The tool electrode material was also copper with 99.9% purity, in the size of 10 mm diameter and 70 mm height. Table2报告了铜工具的基本物理性能。

2.3。实验步骤

在这项工作中，实验过程有两个阶段。在第一阶段，而电极是静止的，并且没有在加工区域中的任何磁场对EDM性能工艺参数3个制度的效果进行了研究。三个机制是：（a）低能量制度，（b）中的中等能量制度，和（c）的高能量制度。这些制度的变量是平均电流（)、定时脉搏(），和脉冲关闭时间（），如表中所列3。为了改善各能级能量的实验条件，必须使占空因数相等。因此，在所有的实验中，由于脉冲随时间的变化，必须改变脉冲的关断时间以保证占空比的稳定。

在第二阶段，研究了无外加磁场、低强度外加磁场(0.38特斯拉)和高强度外加磁场(1.2特斯拉)三种状态下电极转速和放电方式对加工性能的影响。在这里，电极的转速分别为0、200、500、800和1000 RPM，并对三种状态进行了实验。

In order to evaluate the EWR, the WTB RADWAG, an electronic weigh balance with 1 mg resolution, has been used. Each tool specimen was weighed before and after machining process and EWR determined as follows: 其中，所有实验的加工时间均为45分钟。

由于一些仪器的限制，在过切不能在所有的加工深度研究。因此，过切的值是通过获得 哪里is radius of tool before machining (5 mm) and为加工后孔的边缘半径。所有实验的放电机参数描述列于表中4。为了减少实验误差，三个样品已经过测试，每样的条件。

3.结果与讨论

3.1。放电能量对电火花加工性能的影响分析

如章节所述2.3实验分两个阶段进行。在第一阶段，研究了在无外加磁场的固定电极下放电能量对EWR和OC的影响，如图所示2。

3.1.1。放电能量对EWR影响

在放电通道中，在加工间隙上传输的放电能量在电极、工件和介质流体之间进行分配。从图中可以看出图2（a）中，通过增加放电能量，熔化和蒸发的材料的量增加，并导致在EWR增加。但通过观察在高能政权EWR，负值被发现。这是因为，这是从电介质流体在高能量政权沉积在热解碳。当这个过程是在高能量的政权，这种能量会影响电介质和存款它。热解碳是由电介质煤油的沉积获得的主要组分之一。在电极表面上的热解碳沉积，其用作保护层。此外，它可以防止熔化的电极表面上并在高放电能量汽化，因此降低了EWR。

数字3示出了在电极表面上选址热解碳的量。可以看出，大部分碳是在高能制度，它是在低能量的人可以忽略不计。

3.1.2。放电能量对OC的影响

根据图图2（b）当放电能量增加时，由于向加工区域传递的热能较高，超切量会增加。这种现象导致工件表面更多的材料熔化和汽化。因此，在高能量状态下，放电坑的直径和深度比低能量状态下更大，更容易发生超切现象。

在下一节中，我们将分析在加工区域无磁场、低强度磁场(0.38特斯拉)和高强度磁场(1.2特斯拉)情况下，电极转速和放电方式对加工性能的影响。

3.2。转速的分析与EWR磁场效应

3.2.1。工具电极上EWR转速的影响。

根据EWR结果如图所示4通过增加，电极EWR的旋转速度增加了在放电能量的每个级别。它可以解释如下：通过增加工具旋转速度，离心力随后增加，因此它可以从电极表面和EWR增加抛出热解碳颗粒。在另一方面，在加工间隙导致电介质流体的沉积更好悬浮碎屑的增加，并降低了EWR [18]。因此，每一次减小加工间隙中的碎片量的操作都可能导致EWR的增加。因此，当由于冲洗效果更好而提高转速时，加工间隙中的碎片量减少，从而导致EWR增加。

3.2.2。磁场对EWR的影响

数字4结果表明，在加工区加入外加磁场，加工区的EWR比不加外加磁场时提高。磁场可以有效地排除加工间隙中的碎片，提高加工的稳定性，从而减少非活性脉冲。此外，磁场有助于电离和减少点火延迟时间。考虑到上述原因，更好的能量传递导致更多的EWR。

此外，使用磁场减少加工间隙和导线中的热解碳，其导致更高的EWR量减少碎屑的量。另外，图4显示有EWR结果之间没有差别，而磁场具有低或高强度。

虽然这是在电火花加工过程中形成的热解碳具有厚度，该厚度的量与的过切诱导工艺参数量相比非常低，可以忽略不计。换言之，热解碳薄膜的厚度不影响过切由于其可忽略的值。

3.3。转速的分析与OC磁场效应

3.3.1。工具电极上的OC转速的影响。

根据图五时，可通过增加旋转速度，增加过切推断，这一点。这是由于这样的事实：通过增加旋转速度的离心力增大，并且搜易得可以从加工间隙去除更多碎片。因此，去除的碎屑可被置于电极和工件的侧壁之间，并在它们之间发生的火花。这种现象导致增加过切。

3.3.2。在OC磁场效应

数字五这表明，通过建立磁场，超挖将增加。这是由于这样的事实，通过施加磁场，由于加工间隙更好冲洗活性脉冲的数量增加。有源脉冲导致除去工件更多的材料并增加火山口的尺寸和增加的过尺寸。此外，磁力作用于加工屑和运行它们从加工间隙离开。当碎屑从加工间隙排出时，它们被放置工具电极与工件和铅的侧壁之间，以在它们之间产生放电，并且，作为结果，OC增大。数字6示出了碎片运动的为高OC和低OC的路径。

导致过切增加的另一个原因是:众所周知，等离子体通道由电子和正电荷离子组成。在电火花加工过程中，刀具与工件之间也存在电场。当磁场在磁场周围垂直施加时，它可以通过洛伦兹力(由于磁场和电场的结合而产生的力)影响带电离子。所以磁场可以改变离子的路径迁移，导致离子之间发生更多的事故(图)7)。因此，它增加了等离子通道的温度并导致其膨胀。高强度的磁场可能导致离子路径迁移的更多变化和等离子体通道的更大扩展。众所周知，在电火花加工中，导致等离子通道扩大的各种因素都会导致OC的升高。有关改变粒子在离子路径迁移的方程式在附录中。

4。结论

在本文中，旋转电极和与EWR和OC各种强度的旋转磁场的影响进行了研究。这项研究的主要结论可以总结如下。（1）通过增加放电能量，但是，在高能量体制的电极磨损率增加，这是由电介质流体的沉积在高能量政权获得的热解碳作为保护层，降低了EWR。（2）提高电极的转速和磁场会去除加工间隙中的碎片，从而增加电极的磨损率，从而限制了热解碳的形成。（3）当从低能量制度处理移动到高能量之一，过切（侧间隙）由于增加了放电痕迹的大小增加而增加。（4）提高电极转速，建立磁场，将加工间隙中的杂物排除在工件和工具电极的侧壁之间，增加过切削量。(5)的磁场使由周围的电场产生洛伦兹力改变离子迁移路径，并且该力增加了引线过切。

附录

带电粒子在磁场驱动下的运动路径由下式表示: 哪里（g）和（C）表示离子的质量和电荷，分别。(Vm^-1）是电场强度，（T）是磁通密度，并(女士^-1）是离子速度。如图图1（c）垂直于电场的磁场由于洛伦兹力的作用，使离子运动路径变为摆线曲线。从(a .）中的离子的运动方程如下。假设坐标 哪里和离子的速度是多少和的方向。和表示离子的初速度和的方向。同时,是间隙电压和是（毫米）的间隙距离。

最后，离子的路径方程是 哪里和是离子的轨迹和，表示离子在放电状态下的初始位置。

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