軋輥電火化毛化中各參數(shù)的聯(lián)系及毛化程序參數(shù)優(yōu)化的思考

李新文

廣西南南鋁加工有限公司 廣西 南寧 530000

在汽車鋁板或it鋁板毛化軋制中,軋輥電火花毛化是一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容,其涉及的電參數(shù)較多,比如通電的時(shí)間、放電電流的大小、間隙電壓等,這些參數(shù)均會(huì)給軋輥表面質(zhì)量帶來影響。我們需要加強(qiáng)對(duì)這些參數(shù)之間的聯(lián)系進(jìn)行分析,并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,借助工藝數(shù)據(jù)庫對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行提取的基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)際需要,采取新的工藝方法加強(qiáng)對(duì)毛化程序參數(shù)的優(yōu)化,這樣就能對(duì)毛化軋輥的表面形貌進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)與控制,提升加工效率和穩(wěn)定性的同時(shí)夯實(shí)處理效果。

1 電火花毛化技術(shù)的運(yùn)行原理與軋輥毛化之作用概述

1.1 運(yùn)行原理 電火花毛化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中,主要是結(jié)合脈沖放電形成的電腐蝕對(duì)軋輥表面進(jìn)行加工。在加工處理時(shí),需要將電極與軋輥毛化部分進(jìn)入絕緣液之中,并在電極上施加直流的脈沖電壓,利用伺服系統(tǒng)對(duì)電極和軋輥間的放電間隙進(jìn)行控制,若這一間隙結(jié)語0.01到0.2mm 這一范圍時(shí),能將絕緣液擊穿,并通過低壓打毛脈沖而形成放電通道。此時(shí)軋輥表面金屬與電極會(huì)被氣化或者融化,并進(jìn)入蒸汽泡之中,當(dāng)完成放電之后,氣泡就會(huì)破裂,金屬在融化后就會(huì)被拋出,進(jìn)而在軋輥表面生成放電凹坑。電火花發(fā)生的時(shí)間很短,在毛化過程中,發(fā)生頻率介于4到400赫茲的范圍之后,通過受到軋輥旋轉(zhuǎn)與軸向移動(dòng)共同的作用,最后形成尺寸均勻和形狀重疊的環(huán)形凹坑組合而成的軋輥表面,達(dá)到提升表面質(zhì)量的目的。

1.2 作用分析 在汽車鋁板或it鋁板軋制中,加強(qiáng)在毛化處理后,軋輥表面粗糙度與峰值系數(shù)均有提高,尤其是其峰值數(shù)較高時(shí),能有效的將其沖壓性能提升,并為噴漆與搪瓷等處理提供便利。此外在退火處理時(shí),能有效的將出現(xiàn)粘性缺陷降到最低。

2 軋輥電火化毛化中各參數(shù)的聯(lián)系

軋輥電火化毛化中的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)較多,為了更好地提高表面處理質(zhì)量,需要對(duì)各參數(shù)之間的聯(lián)系進(jìn)行分析。結(jié)合某實(shí)驗(yàn)實(shí)踐展開如下分析。

2.1 實(shí)驗(yàn)得到的各項(xiàng)程序的參數(shù)分析

2.1.1 實(shí)驗(yàn)方案 在本次實(shí)驗(yàn)中,主要采用的毛化設(shè)備為Sarclad,這一設(shè)備的控制參數(shù)主要有通/斷電時(shí)間、電流與毛化間隙。因?yàn)殡娀鸹拇植诙鹊挠?jì)算公式為:Ra=KTBIc,其中,Ra代表的是輥面粗糙度,單位為μm,而T 代表的是放電脈寬,單位μs；I代表的是通電電流,單位A；K、B、C均為系數(shù)。從這個(gè)公式不難看出,脈寬(也就是通電時(shí)間)和電流是對(duì)毛化粗糙度的主要影響因素。因此,在本實(shí)驗(yàn)方案中,若其他參數(shù)不發(fā)生變化,只將這兩種影響參數(shù)改變,那么:Ra、T、I三者的關(guān)系詳見圖1。

圖1 Ra、T、I三者的關(guān)系圖

在測(cè)量粗糙度時(shí),由于受到測(cè)量操作、環(huán)境和儀器內(nèi)部系統(tǒng)等帶來的影響,測(cè)量數(shù)據(jù)難免存在一定的誤差。為了將誤差帶來的影響降到最低,提升數(shù)據(jù)自身的真實(shí)性,需要采取五點(diǎn)二次平滑法,就相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)施平滑處理,當(dāng)通電電流為26A 時(shí),將其進(jìn)行平滑處理之后,最初的數(shù)據(jù)和平滑處理后的數(shù)據(jù)關(guān)系圖詳見圖2。

圖2 平滑前后數(shù)據(jù)處理對(duì)比示意圖

2.1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸 在實(shí)驗(yàn)回歸處理中,主要是通過Ra=KTBIc回歸處理后,得出公式:1n Ra=1n K+B1n T+C1nI。若Y=1nRa,X1=1n T,X2=1nI,A=1n K；那么,Y=A+BX1+CX2；此時(shí)采用最小二乘法,就數(shù)據(jù)實(shí)施回歸分析之后,可得出:Ra=0.0641 T0.543I0.679,此時(shí),相關(guān)系數(shù)就能計(jì)算后得到是0.93,所以與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間有著較高的擬合度。

2.2 各參數(shù)之間的聯(lián)系

2.2.1 放電電流 放電電流增大的目的就在于將打毛后的凹坑寬度與深度同步提升,其表面粗糙度勢(shì)必隨著變大。但是峰頂是從毛化凹坑邊緣金屬再凝固所形成,當(dāng)凹坑變寬之后,其峰值數(shù)勢(shì)必會(huì)相應(yīng)的減少,當(dāng)放電電流減小之后,其表面粗糙度又會(huì)降低,使得峰值數(shù)被增加。當(dāng)通電時(shí)間的數(shù)值較小時(shí),放電電流的增大會(huì)使得粗糙度同步增大。在進(jìn)行調(diào)試時(shí),電流過大,毛化的軋輥發(fā)生了輥面燒傷的現(xiàn)象。其粗糙度是1.4μm,冷軋輥,通電時(shí)間為8μs,斷電時(shí)間為16μs,放電電流為13A,增益為10,間隙電壓為8.7V。

2.2.2 通斷電時(shí)間 通過增加通電時(shí)間,不僅能有效的將峰值數(shù)減少,而且還能將表面粗糙度增加。而就斷電時(shí)間而言,其給表面粗糙度和峰值數(shù)與非對(duì)稱粗糙度之間沒有直接的影響,當(dāng)斷電時(shí)間太短時(shí),同樣存在一定的電離,此時(shí)電極相同位置上就會(huì)出現(xiàn)連續(xù)放電的現(xiàn)象,也就是形成電弧。當(dāng)斷電時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),就會(huì)使得火花形成的頻率降低,進(jìn)而導(dǎo)致毛化效率降低。

2.2.3 間隙電壓 就間隙電壓而言,其對(duì)毛化過程中的電極、軋輥間間隙、有效的放電時(shí)間等有著決定性的影響,在閉環(huán)控制中具有基準(zhǔn)值的作用。將間隙電壓減小,粗糙度與最大峰值數(shù)均會(huì)降低,因此對(duì)毛化效率有著決定性的影響。但是上限值受到維持火花形成的間隙極限值的影響。若間隙值較大,此時(shí)毛化效率就會(huì)低下,由于間隙值降低之后,有效的提升毛化效率。但是間隙值降低到一定程度之后,在運(yùn)行系統(tǒng)中,其靈敏度難以達(dá)標(biāo),此時(shí)電極就會(huì)導(dǎo)致軋輥被撞擊,進(jìn)而導(dǎo)致軋輥表面出現(xiàn)質(zhì)量問題,甚至導(dǎo)致設(shè)備被損壞。

3 軋輥電火化毛化中毛化程序參數(shù)優(yōu)化的思考

3.1 毛化間隙的優(yōu)化 在毛化設(shè)備參數(shù)中,其門檻值和毛化間隙有著直接的關(guān)聯(lián)。當(dāng)電火花毛化時(shí),電極和工件會(huì)存在一定的間隙,而間隙電壓與放電間隙類似為線性關(guān)系,所以只有將毛化間隙改變,才能給毛化電壓帶來影響。按照電流脈沖在軋輥表面的放電總功率的計(jì)算公式(Q(t)=FcU(t)I(t),其中,FC代表的是能量分配比例；U(t)代表的是電壓；I(t)代表的是電流)來看,毛化間隙改變之后,將使得毛化粗糙度發(fā)生變化。在本實(shí)驗(yàn)中,為了有效的分析毛化間隙給毛化粗糙度帶來的影響,切實(shí)注重毛化間隙的優(yōu)化,本實(shí)驗(yàn)將脈寬和脈間分別設(shè)定為20和29μs,電流是30A,此時(shí)間隙門檻值與輥面粗糙度詳見圖3。

圖3 粗糙度與門檻值的關(guān)系示意圖

從圖3來看,最大的粗糙度和最小的粗糙度的差值只有0.21μm,同脈寬與電流比較而言,毛化間隙給毛化粗糙度數(shù)值帶來的影響較小,而毛化間隙的優(yōu)化范圍勢(shì)必受到來自設(shè)備與工藝的制約,在優(yōu)化時(shí)并不能進(jìn)行大幅度的改進(jìn)。所以在對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化時(shí),需要在確定其他參數(shù)的基礎(chǔ)上,對(duì)毛化間隙和毛化率進(jìn)行調(diào)整,從而促進(jìn)毛化穩(wěn)定性的提升。比如把門檻值和其他的毛化參數(shù)予以合理搭配之后,促進(jìn)輥面峰值密度的提升,促進(jìn)輥面毛化質(zhì)量的提升。

3.2 脈間的優(yōu)化 而在脈間優(yōu)化過程中,為了更好地將脈間大小給毛化粗糙度帶來的影響,在實(shí)驗(yàn)中,將電流和電脈寬分別設(shè)置為30A 和23μs,得出的毛化粗糙度和脈間的關(guān)系詳見圖4。

從圖4來看,毛化脈間從18提升到32μs,粗糙度的數(shù)值變化量是0.12μm,因此,毛化粗糙度得到了一定的提升,但是較弱峰點(diǎn)值只有3.41μm。脈間給毛化粗糙度帶來的影響要比脈寬與電流要小。脈間給毛化穩(wěn)定性帶來的影響較大,在實(shí)驗(yàn)優(yōu)化過程中,發(fā)現(xiàn)當(dāng)脈間在26到32μs時(shí),毛化過程較為穩(wěn)定。

圖4 粗糙度與脈間關(guān)系示意圖

4 結(jié)語

在軋輥電火化毛化中,各參數(shù)的聯(lián)系十分緊密。因此,為了更好地加強(qiáng)對(duì)其的優(yōu)化,切實(shí)提升表面處理質(zhì)量,需要我們緊密結(jié)合實(shí)踐需求,對(duì)參數(shù)進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化和完善。例如在放電電流方面,通常的優(yōu)化,主要是采取增加通電時(shí)間而使得其粗糙度得以提升,從而預(yù)防出現(xiàn)灼傷的情況。這就需要對(duì)各參數(shù)進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化,比如上述的2.2.1中的每一項(xiàng)參數(shù),在本實(shí)驗(yàn)中,為達(dá)到優(yōu)化的目的,對(duì)程序參數(shù)進(jìn)行了如下修改,有效的滿足了實(shí)際需求:通電時(shí)間為15μs,斷電時(shí)間為25μs,放電電流為7A,增益為9.6,而其余均不變。