電火花加工工藝對金屬材料表面的影響研究

摘 要：金屬模具因為其表面所具有的高硬度屬性，其加工過程大多需要通過電火花加工完成。為了提高加工質量、優化加工工藝，詳細研究了電火花加工工藝對金屬材料表面的影響。通過對比電火花線切割所使用的割一修三法和磨削拋光法，綜合分析對金屬材料表面粗糙度、微觀缺陷相關參數，從而獲取電火花加工熱應力對硬質合金表面的影響。旨在為未來金屬材料加工和電火花加工工藝升級提供理論借鑒。

關鍵詞：金屬模具；高硬度；電火花

中圖分類號：F272文獻標識碼：A

在現代工業化生產領域，隨著科學技術和加工技術的不斷提高，對金屬加工模具的精度、硬度和綜合使用強度等參數要求也在逐漸提高。硬質金屬材料成為越來越多金屬模具制造所使用的核心材料。但是其金屬材料具有明顯的高硬度、高耐磨性屬性，并且金屬模具自身的使用又對其金屬材料表面光滑度等屬性要求極高，所以傳統常規的機械加工方法很難對其進行有效的機械加工。目前對金屬材料模具的加工工藝大多使用電火花加工。而合金模具在加工過程中，金屬材料表面很容易產生細裂紋，從而對金屬產生直接影響。因此探究電火花加工工藝對金屬表面的影響，從而尋找其解決辦法具有非常重要的探究作用。研究表明，在進行電火花加工時，因為金屬表面的能量作用，金屬材料表面會產生不規則溫度變化域，從而不斷提高其熱應力。這種熱應力會產生強烈的沖擊力，對金屬表面裂紋產生影響。對此需要從打磨加工工藝角度，對其進行科學研究。[2]

1 電火花加工參數儀器設置

為了詳細研究電火花加工工藝對金屬表面的影響性，采用實驗探究的方式進行實際對比測試。研究金屬選擇現代金屬模具制造領域常用的Cr12MoV材料。電火花設備選擇閉路控制電火花線切割機床，電極絲材料選擇為黃銅，直徑為0.1毫米，其切割工藝參數如表1表2所示。

2 影響結果分析

借助金屬光學顯微鏡對金屬樣品進行5000倍以上觀測。可以看出從第一組到第五組，其金屬表面的細紋缺陷持續減少。因為切割材料熱量的大小與切割熱應力的最大值處于正比例關系，因此其熱量在條件相同的情況下，與火花電源包括電流有直接關系。其電源電流輸出功率越大，材料吸收的熱量越多，其表面受到的熱應力也就越大，越容易出現裂紋。

此外在第一組試驗樣品中發現金屬表面重鑄層的出現，經過實際檢測，重鑄層有WC和Co組成。經過物理性測試，重鑄層硬度和金屬耐磨性均大幅度小于金屬基體，對金屬模具表面加工具有嚴重影響。在第五組樣品中，沒有明確的微觀缺陷。切割表面問題的產生主要是由于WC和Co產生了嚴重的熱膨脹現象，歸其原因在于二者的熱膨脹系數不同。在外部高溫影響下，金屬表面晶界熱應力的出現以及其大小變化次數達到某種交點時，就會產生金屬裂紋。另一方面，Co受到高溫作用比WC先產生蒸發和去除，受到多重熱能沖擊后會產生孔洞破裂最終生成裂紋。

3 結語

針對電火花加工工藝對金屬表面影響進行研究，重點研究了其表面粗糙度和微觀缺陷，獲取如下結論：采用割一修三切割的方式對金屬進行加工，其表面粗糙度會有所降低，金屬表面細紋缺陷也會持續減少，但是不能完全消除，需要繼續采用打磨工藝，消除金屬表面明顯微觀缺陷。此外通過研究可以肯定，采用上述電火花工藝對金屬表面強度影響較大，需要進一步提高其壓應力。

參考文獻：

[1]歐陽波儀.不同電極材料對電火花加工表面粗糙度影響的試驗研究[J].機械設計與制造，2017，5（11）：146-148.

[2]王璟，祝錫晶，鄒純.工件超聲振動對TC4鈦合金快走絲電火花線切割加工表面質量影響的研究[J].熱加工工藝，2017，14（6）：160-162.

作者簡介：王迪（1987-），男，漢族，江蘇徐州人，本科，助理講師，研究方向：數控加工技術、CAD/CAM技術。