軋輥電火化毛化中各參數的聯系及毛化程序參數優化的思考

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十分重要的內容,其涉及的電參數較多,比如通電的時間、放電電流的大小、間隙電壓等,這些參數均會給軋輥表面質量帶來影響。我們需要加強對這些參數之間的聯系進行分析,并建立相應的數學模型,借助工藝數據庫對加工參數進行提取的基礎上,結合實際需要,采取新的工藝方法加強對毛化程序參數的優化,這樣就能對毛化軋輥的表面形貌進行有效的預測與控制,提升加工效率和穩定性的同時夯實處理效果。

1 電火花毛化技術的運行原理與軋輥毛化之作用概述

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

1.2 作用分析 在汽車鋁板或it鋁板軋制中,加強在毛化處理后,軋輥表面粗糙度與峰值系數均有提高,尤其是其峰值數較高時,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,能有效的將出現粘性缺陷降到最低。

2 軋輥電火化毛化中各參數的聯系

軋輥電火化毛化中的各項技術參數較多,為了更好地提高表面處理質量,需要對各參數之間的聯系進行分析。結合某實驗實踐展開如下分析。

2.1 實驗得到的各項程序的參數分析

2.1.1 實驗方案 在本次實驗中,主要采用的毛化設備為Sarclad,這一設備的控制參數主要有通/斷電時間、電流與毛化間隙。因為電火花毛化的粗糙度的計算公式為: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。從這個公式不難看出,脈寬(也就是通電時間)和電流是對毛化粗糙度的主要影響因素。因此,在本實驗方案中,若其他參數不發生變化,只將這兩種影響參數改變,那么:Ra、T、I三者的關系詳見圖1。

圖1 Ra、T、I三者的關系圖

在測量粗糙度時,由于受到測量操作、環境和儀器內部系統等帶來的影響,測量數據難免存在一定的誤差。為了將誤差帶來的影響降到最低,提升數據自身的真實性,需要采取五點二次平滑法,就相關數據實施平滑處理,當通電電流為26A 時,將其進行平滑處理之后,最初的數據和平滑處理后的數據關系圖詳見圖2。

圖2 平滑前后數據處理對比示意圖

2.1.2 實驗數據回歸 在實驗回歸處理中,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；此時采用最小二乘法,就數據實施回歸分析之后,可得出:Ra=0.0641 T0.543I0.679,此時,相關系數就能計算后得到是0.93,所以與實驗數據之間有著較高的擬合度。

2.2 各參數之間的聯系

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,當凹坑變寬之后,其峰值數勢必會相應的減少,當放電電流減小之后,其表面粗糙度又會降低,使得峰值數被增加。當通電時間的數值較小時,放電電流的增大會使得粗糙度同步增大。在進行調試時,電流過大,毛化的軋輥發生了輥面燒傷的現象。其粗糙度是1.4μm,冷軋輥,通電時間為8μs,斷電時間為16μs,放電電流為13A,增益為10,間隙電壓為8.7V。

2.2.2 通斷電時間 通過增加通電時間,不僅能有效的將峰值數減少,而且還能將表面粗糙度增加。而就斷電時間而言,其給表面粗糙度和峰值數與非對稱粗糙度之間沒有直接的影響,當斷電時間太短時,同樣存在一定的電離,此時電極相同位置上就會出現連續放電的現象,也就是形成電弧。當斷電時間較長時,就會使得火花形成的頻率降低,進而導致毛化效率降低。

2.2.3 間隙電壓 就間隙電壓而言,其對毛化過程中的電極、軋輥間間隙、有效的放電時間等有著決定性的影響,在閉環控制中具有基準值的作用。將間隙電壓減小,粗糙度與最大峰值數均會降低,因此對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,此時毛化效率就會低下,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,在運行系統中,其靈敏度難以達標,此時電極就會導致軋輥被撞擊,進而導致軋輥表面出現質量問題,甚至導致設備被損壞。

3 軋輥電火化毛化中毛化程序參數優化的思考

3.1 毛化間隙的優化 在毛化設備參數中,其門檻值和毛化間隙有著直接的關聯。當電火花毛化時,電極和工件會存在一定的間隙,而間隙電壓與放電間隙類似為線性關系,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生變化。在本實驗中,為了有效的分析毛化間隙給毛化粗糙度帶來的影響,切實注重毛化間隙的優化,本實驗將脈寬和脈間分別設定為20和29μs,電流是30A,此時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值帶來的影響較小,而毛化間隙的優化范圍勢必受到來自設備與工藝的制約,在優化時并不能進行大幅度的改進。所以在對其進行優化時,需要在確定其他參數的基礎上,對毛化間隙和毛化率進行調整,從而促進毛化穩定性的提升。比如把門檻值和其他的毛化參數予以合理搭配之后,促進輥面峰值密度的提升,促進輥面毛化質量的提升。

3.2 脈間的優化 而在脈間優化過程中,為了更好地將脈間大小給毛化粗糙度帶來的影響,在實驗中,將電流和電脈寬分別設置為30A 和23μs,得出的毛化粗糙度和脈間的關系詳見圖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。脈間給毛化穩定性帶來的影響較大,在實驗優化過程中,發現當脈間在26到32μs時,毛化過程較為穩定。

圖4 粗糙度與脈間關系示意圖

4 結語

在軋輥電火化毛化中,各參數的聯系十分緊密。因此,為了更好地加強對其的優化,切實提升表面處理質量,需要我們緊密結合實踐需求,對參數進行針對性的優化和完善。例如在放電電流方面,通常的優化,主要是采取增加通電時間而使得其粗糙度得以提升,從而預防出現灼傷的情況。這就需要對各參數進行針對性的優化,比如上述的2.2.1中的每一項參數,在本實驗中,為達到優化的目的,對程序參數進行了如下修改,有效的滿足了實際需求:通電時間為15μs,斷電時間為25μs,放電電流為7A,增益為9.6,而其余均不變。