【摘 要】
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金属玻璃具有长程无序、中短程有序的独特微观组织结构,同时拥有优良的力学性能,例如高强度、高硬度、高断裂韧性、良好耐腐蚀性等,在航天军事、体育器材制备、电力传输、医疗卫生等领域有着广阔的应用前景。然而,金属玻璃的进一步广泛应用离不开二次精密成形加工,传统切削加工金属玻璃时,存在着刀具磨损严重、加工效率低等问题,而电火花加工时工具与工件并不接触,而是靠工具与工件间不断产生的脉冲性火花放电,从而去除工件
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金属玻璃具有长程无序、中短程有序的独特微观组织结构,同时拥有优良的力学性能,例如高强度、高硬度、高断裂韧性、良好耐腐蚀性等,在航天军事、体育器材制备、电力传输、医疗卫生等领域有着广阔的应用前景。然而,金属玻璃的进一步广泛应用离不开二次精密成形加工,传统切削加工金属玻璃时,存在着刀具磨损严重、加工效率低等问题,而电火花加工时工具与工件并不接触,而是靠工具与工件间不断产生的脉冲性火花放电,从而去除工件材料,在小孔、型腔、异型孔以及某些薄壁件等的加工方面比一般切削加工具有明显的优势。针对不同电极材料在Zr基金属玻璃时对加工性能影响的问题,本文提出以Zr基金属玻璃为研究对象,对其电火花加工性能进行分析研究,对进一步理解该材料的电火花加工机理提供一定的借鉴。采用正交实验方法,使用两种不同电极(紫铜和钨铜)对电火花加工Zr基金属玻璃(浅圆柱形表面)时,电加工参数(电流、周率、效率和间隙电压)对其材料去除率和表面粗糙度进行了主效应分析、方差分析以及响应曲面分析。实验结果表明,使用紫铜电极加工Zr基金属玻璃时,电加工参数对材料去除率影响的主次顺序为:效率>电流>周率>间隙电压,在正交实验条件下,最优参数组合为电流10A,周率80μs,效率40%,间隙电压20V。当使用钨铜电极加工时,电加工参数对材料去除率的影响主次顺序则为:电流>周率>效率>间隙电压,在正交实验条件下,最优参数组合为电流10A,周率50μs,效率30%,间隙电压80V。对于表面粗糙度,使用两种电极加工Zr基金属玻璃时,电参数对其影响的主次顺序均为:电流>周率>效率>间隙电压。在正交实验条件下,无论使用紫铜电极还是钨铜电极,获得最小表面粗糙度的最优参数组合都是电流4A,周率50μs,效率10%,间隙电压80V。进一步,借助单因素实验对比分析了不同电极材料和电加工参数对Zr基金属玻璃的材料去除率、表面粗糙度以及工件已加工表面形貌和电极已使用表面形貌的影响。得到使用紫铜电极加工Zr基金属玻璃时,其材料去除率和加工表面粗糙度值均比钨铜电极加工的大;两种电极加工后的金属玻璃表面均没有发现显微裂纹和气孔;使用后的两种电极端面形貌特征主要表现在显微裂纹、碳黑膜和气孔数量等方面有所不同。为了进一步分析Zr基金属玻璃电火花加工性能,针对不同电极和四个电参数对电极损耗和通孔孔径的影响的问题,采用正交实验和单因素实验方法,实验结果表明,钨铜电极的电极损耗是紫铜电极的2倍甚至更多,在正交实验中,钨铜电极的最大电极损耗达到0.019g,而紫铜电极的电极损耗只有0.011g。使用钨铜电极加工Zr基金属玻璃后其通孔孔径整体上大于紫铜电极加工的。同时,基于单因素试验结果,对使用后的两种电极端面、电极侧面的显微形貌以及两种电极加工后的工件通孔的侧壁形貌进行了分析。实验结果表明,紫铜电极加工后的工件侧壁上沉积许多电蚀产物,这些电蚀产物被碳黑膜覆盖,而钨铜电极加工后的侧壁出现明显的圆形微球,微球直径在8μm左右,当电流值增大到8A,微球直径在20μm左右。钨铜电极加工后的电极端面和电极侧面显微裂纹数量更多,长度更长,而两种电极加工后的电极侧面的显微裂纹比电极端面的更细小。相比于钨铜电极,紫铜电极加工后的电极端面和电极侧面质量更好。
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