鈦合金TC4 電火花線切割加工實驗研究

文/常星星 高茂洋 何慶港 李家萌（安徽天航機電有限公司）

鈦合金TC4 具有較好的金屬性能特征，耐高溫、強酸，導電系數低，被廣泛地應用于航空航天、深海航艦等領域，生產機閘、蜂窩、整體葉輪等工件。但傳統的機械加工方法無法保證工件的尺寸精度要求，為滿足日益增長的生產需求，特種加工技術應運而生。電火花線切割技術是一種目前快速發展的特種加工技術，它是一種非接觸式放電加工方式，當金屬電極絲與加工工件逐漸靠近，距離達到放電間隙時，工件與電極絲之間的工作介質將會被擊穿，極間瞬間產生高溫，通過介質轉移至工件表面，導致工件表面受熱熔化，被熔化的金屬在重力的作用下脫離母體，從而達到工件材料去除的目的。在整個加工的過程中工件與電極絲不發生接觸，工件不受任何切削力而導致尺寸形變，所以在機械制造業中被廣泛應用。

本文以電火花線切割機床中主要放電參數為研究對象，對鈦合金（TC4）進行加工實驗，以提高加工成形后的工件的材料去除率和表面質量為目標，對實驗的數據進行正交優化，探究脈沖寬度、加工電流、脈沖間隙實驗的影響規律，通過正交試驗探究各電參數對目標的影響規律，提高加工時間及工件的表面質量，為企業加工類似產品提供借鑒和參數依據。

一、實驗設置

1.設備及實驗器材

本實驗采用的電火花線切割加工機床為冬慶DK7740ZG，機床可實時記錄加工的時間，工件表面質量選擇Marsurf SD 26 測量儀器，通過指針探頭在工件表面上的滑動來測量其表面粗糙度，測量精度可以達到0.01μm。實驗工件采用鈦合金TC4，其化學成分（重量百分比）為鐵0.3%，碳0.1%，氮0.05%，氧0.2%，鋁5.5%～6.8%，釩3.5%～4.5%，其余為鈦。

2.加工過程

通過改變加工電流、脈沖寬度及占空比的大小與組合方式，以常用的加工數據為參數進行正交試驗，結合加工效率與加工后的表面加工質量進行研究。試驗參數見表1。

二、結果與分析

通過對線切割加工后的零件進行表面粗糙度的測量和材料去除率的統計，按照表1 中的三種因素進行正交實驗，得到材料去除率和表面粗糙度數值，正交試驗結果見表2。為探究不同電參數對工件表面質量與加工效率的影響，將結果的數據進行處理繪制成如圖1 所示的不同電參數影響規律曲線。

圖1 不同電參數影響規律

表1 電參數設置

表2 正交試驗結果

通過圖1 中不同電參數影響規律可以看出，在一定的范圍內，工件表面粗糙度與加工電流成正比，隨著電流的增加，加工的工件表面質量越差，而材料去除率會隨著加工電流的增加呈先上升后下降的趨勢；適當地降低脈沖寬度可有效提高工件表面質量，同時可在一定程度上有助于材料的去除；而占空比對工件表面質量與材料的去除率的影響有著相似的規律，先快速增加后緩慢降低，所以選擇合適的占空比可有效提高表面質量與材料去除率。

三、結語

通過正交試驗的方式進行設計，以常用的電參數進行目標的優化，改變主要電參數（加工電流、脈沖寬度、占空比）的大小加工鈦合金（TC4），并探究工件表面質量及材料去除率的影響規律，得出電參數對于加工的目標因素有著重要的影響的結論，因此選擇合適的電參數組合至關重要。