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1、TiN纳米复相陶瓷工艺规律的实验研究<电加工与模具)2007年第5期设计?研究电火花线切割加工Si3N4/TiN纳米复相陶瓷工艺规律的实验研究张成茂,张明(青岛科技大学机械工程学院,山东青岛266061)摘要:分析研究了电火花线切割加工Si3N4/TiN纳米复相陶瓷材料时,影响加工速度和表面粗糙度值的主要因素,得出了各加工参数对加工工艺指标的影响规律,为加工时参数的选择提供了依据.关键词:纳米复相陶瓷;表面粗糙度;加工速度;电火花线切割加工中图分类号:TG661TestInvestigationonProcessLawofWEDMSi3N4/TiNNanocompositeCera
2、micsZhangChengmao,ZhangMing(QingdaoUniversityofScience&Technology,Qingdao266061,China)Abstract:Therelationsbetweentheprocessparametersandmachiningspeedaswellasthepro—CeSSparametersandsurfaceroughnessinWEDMmachiningtheSi3N4/TiNnanocompositeceramicsareinvestigatedbytest.Theeffectlawoftheprocess
3、parametersonthetechnicalindexofWEDMiscon—eluded,whichprovidesthebasisforparameterselectioninWEDM.Keywords:Si3N4/TiNnanocompositeceramics;surfaceroughness;machiningspeed;WEDM纳米复相陶瓷由于具有高强度,高硬度,耐腐蚀,耐高温等优良特性,在机械,宇航,通讯,国防等工业领域有广阔的应用前景,正逐渐成为一种最接近实用化的纳米陶瓷【lJ.然而,陶瓷属于典型的脆性材料,传统的加工方法难以加工,采用金刚石磨削工艺也存在加工费用高,
4、效率低,对异型体无法加工等难题,这在很大程度上限制了纳米复相陶瓷材料的推广应用.电火花线切割加工由于其特有的"以柔克刚,精密微细,仿形逼真"的工艺特点,成为当前加工导电陶瓷的一种有效手段l2.3J.实践表明,通过选用合理的电参数和改善工作液循环系统性能以及提高走丝系统的精度,就能以较快的加工速度加工出表面质量符合要求的陶瓷工件.就此问题,我们采用实验的方法进行了研究,确定了各参数对加工纳米复收稿日期:2007一O5—26第一作者简介:张成茂,男,1975年生,硕士研究生.一14一相陶瓷的加工速度和表面粗糙度值的影响规律.1实验装置与条件实验使用由中国科学院某研究院提供的SiN./TiN纳
5、米复相陶瓷材料,在Si3N4基体内加入TiN来提高材料的导电率.实验机床为DK7732高速走丝电火花线切割机,选用直径为0.18mm的钼丝;工作液为乳化皂的水溶液.可调整的加工参数包括脉冲宽度,功率管数量,脉冲间隔.考察指标:纳米复相陶瓷表面粗糙度Ra值;表面粗糙度测量仪为手持式粗糙度测量仪.加工速度采用加工面积除以时间来表示.采用单因素试验法考察脉冲宽度,功率管数,脉冲间隔对加工速度和表面粗糙度的影响.2不同因素对工艺指标的影响2.1对加工速度的影响本实验中,加工速度就是指连续加工一个工件(3mm×4mm)的平均加工速度,即加工速度=切设计?研究<电加工与模具)2007年第5期割
6、总面积彻割总时间.(1)功率管的个数电火花线切割加工中接通的功率管个数越多,脉冲电流的幅值J值越大,加工时电流就越大.图1是在脉冲宽度57s,脉冲间隔4倍率,空载电压75V和冷却液是乳化皂的水溶液的条件下加工得到的.由图1可见,峰值电流对TiN/Si3N4纳米复相陶瓷加工速度的影响和加工普通导电性陶瓷或金属材料基本一致【4,5J.加工速度随着峰值电流的增加而呈上升趋势,这是因为功率管个数少,相应的峰值电流也较小,脉冲的放电能量较小,蚀除量也较小.故加工速度较小.随着功率管个数的增多,脉冲放电的能量越来越大,蚀除量变大,加工速度变快.但功率管数量过多时,放电产生的热量过大,蚀除方式将发生变
7、化,以热剥离为主,加工表面上出现多棱区域,陶瓷材料开始整体颗粒移除,形成较大的放电凹坑,由于导电层的大面积去除,陶瓷表面的电阻加大,脉冲电源用于产生长脉冲的时间增加,短路,拉弧等非正常放电现象不时出现,同时断丝现象增多.对加工过程极为不利.lO86童4毫2O却液是乳化皂的水溶液的条件下加工得到的.由图2b和图2c可见,在脉冲宽度大时,增大脉冲间隔,加工速度会降低.因为在单个脉冲放电能量确定的情况下,脉冲间隔较大,脉冲频率就低,即单位
