钛合金TC4 电火花线切割加工实验研究

文/常星星 高茂洋 何庆港 李家萌（安徽天航机电有限公司）

钛合金TC4 具有较好的金属性能特征，耐高温、强酸，导电系数低，被广泛地应用于航空航天、深海航舰等领域，生产机闸、蜂窝、整体叶轮等工件。但传统的机械加工方法无法保证工件的尺寸精度要求，为满足日益增长的生产需求，特种加工技术应运而生。电火花线切割技术是一种目前快速发展的特种加工技术，它是一种非接触式放电加工方式，当金属电极丝与加工工件逐渐靠近，距离达到放电间隙时，工件与电极丝之间的工作介质将会被击穿，极间瞬间产生高温，通过介质转移至工件表面，导致工件表面受热熔化，被熔化的金属在重力的作用下脱离母体，从而达到工件材料去除的目的。在整个加工的过程中工件与电极丝不发生接触，工件不受任何切削力而导致尺寸形变，所以在机械制造业中被广泛应用。

本文以电火花线切割机床中主要放电参数为研究对象，对钛合金（TC4）进行加工实验，以提高加工成形后的工件的材料去除率和表面质量为目标，对实验的数据进行正交优化，探究脉冲宽度、加工电流、脉冲间隙实验的影响规律，通过正交试验探究各电参数对目标的影响规律，提高加工时间及工件的表面质量，为企业加工类似产品提供借鉴和参数依据。

一、实验设置

1.设备及实验器材

本实验采用的电火花线切割加工机床为冬庆DK7740ZG，机床可实时记录加工的时间，工件表面质量选择Marsurf SD 26 测量仪器，通过指针探头在工件表面上的滑动来测量其表面粗糙度，测量精度可以达到0.01μm。实验工件采用钛合金TC4，其化学成分（重量百分比）为铁0.3%，碳0.1%，氮0.05%，氧0.2%，铝5.5%～6.8%，钒3.5%～4.5%，其余为钛。

2.加工过程

通过改变加工电流、脉冲宽度及占空比的大小与组合方式，以常用的加工数据为参数进行正交试验，结合加工效率与加工后的表面加工质量进行研究。试验参数见表1。

二、结果与分析

通过对线切割加工后的零件进行表面粗糙度的测量和材料去除率的统计，按照表1 中的三种因素进行正交实验，得到材料去除率和表面粗糙度数值，正交试验结果见表2。为探究不同电参数对工件表面质量与加工效率的影响，将结果的数据进行处理绘制成如图1 所示的不同电参数影响规律曲线。

图1 不同电参数影响规律

表1 电参数设置

表2 正交试验结果

通过图1 中不同电参数影响规律可以看出，在一定的范围内，工件表面粗糙度与加工电流成正比，随着电流的增加，加工的工件表面质量越差，而材料去除率会随着加工电流的增加呈先上升后下降的趋势；适当地降低脉冲宽度可有效提高工件表面质量，同时可在一定程度上有助于材料的去除；而占空比对工件表面质量与材料的去除率的影响有着相似的规律，先快速增加后缓慢降低，所以选择合适的占空比可有效提高表面质量与材料去除率。

三、结语

通过正交试验的方式进行设计，以常用的电参数进行目标的优化，改变主要电参数（加工电流、脉冲宽度、占空比）的大小加工钛合金（TC4），并探究工件表面质量及材料去除率的影响规律，得出电参数对于加工的目标因素有着重要的影响的结论，因此选择合适的电参数组合至关重要。