【機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對(duì)照文獻(xiàn)翻譯】硬質(zhì)合金材料去除機(jī)制
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硬質(zhì)合金材料去除機(jī)制
摘要：
氣體介質(zhì)電火花加工技術(shù)是一新型的電火花加工技術(shù)，超聲振動(dòng)－氣體介質(zhì)電火花加工技術(shù)就是在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一新技術(shù)。本文簡要介紹了超聲振動(dòng)－氣體介質(zhì)電火花加工原理，通過觀察硬質(zhì)合金等硬脆材料加工表面，分析了加工表面裂紋的形成、擴(kuò)展機(jī)理，并對(duì)加工硬質(zhì)合金等硬脆材料的蝕除機(jī)理進(jìn)行了研究。
關(guān)鍵詞：超聲振動(dòng)，氣體介質(zhì)，電火花
1. 前言
氣體介質(zhì)電火花加工技術(shù)最早由日本東京農(nóng)工大學(xué)國枝正典教授于1977 年提出 ，打破了傳統(tǒng)的“絕緣性的工作液是電火花加工過程中不可缺少的介質(zhì)”的觀點(diǎn)。當(dāng)前，電火花加工總的發(fā)展趨勢是無污染、綠色電火花加工技術(shù)，氣體介質(zhì)電火花加工摒棄了工作液介質(zhì)，是一新的綠色電火花加工技術(shù)。
圖2 - UEDM車床氣體結(jié)構(gòu)與工具電極超聲波振動(dòng)
（1） 脈沖功率;（2）床身（3）超聲波發(fā)生器;（4）壓縮機(jī)（5）啟閉;（6）超聲換能器（7）工具電極;（8）工作臺(tái)
超聲振動(dòng)－氣體介質(zhì)電火花加工技術(shù)是在氣體介質(zhì)電火花加工技術(shù)上發(fā)展起來的一新的復(fù)合加工技術(shù)。其加工原理如圖1 所示：加工過程采用薄壁管狀工具電極，電極內(nèi)孔通以高壓氣體介質(zhì)，工具電極做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，工件或者工具電極在超聲變幅桿的作用下進(jìn)行超聲頻振動(dòng)。脈沖放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫使工件電極表面材料局部熔化、氣化。高壓氣體介質(zhì)能夠去除并排出熔融的工件材料，同時(shí)起到冷卻放電間隙以及恢復(fù)極間的絕緣狀態(tài)的作用。超聲振動(dòng)可以改善間隙放電狀態(tài)、放電通道狀態(tài)，減少短路和拉弧等現(xiàn)象的發(fā)生。
本文以加工硬質(zhì)合金和NdFeB材料為例，簡述了加工表面微觀裂紋的形成機(jī)制以及裂紋擴(kuò)展的原因，并分析了氣體介質(zhì)電火花加工硬脆材料蝕除機(jī)理。
2、 實(shí)驗(yàn)條件
相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，旨在研究技術(shù)氣體UEDM。該設(shè)備是專門設(shè)計(jì)氣體UEDM，
（1）放電功率：輸出電壓范圍是從100V到300 V，最大輸出電流為40 A。
（2）氣體介質(zhì)：高壓空氣，由普通空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生，最高輸出壓力為0.5Pa。
（3）超聲波的振動(dòng)頻率：20 kHz。
（4）超聲振動(dòng)的振幅：12um。
討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超聲振動(dòng)時(shí)，材料去除率（MRR的）可以大大增加表1 - YT15硬質(zhì)合金的成分、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、密度（g/cm3）、硬度（HRA）和導(dǎo)熱系數(shù)（W / M K）。
圖3 - 氣體和超聲振動(dòng)輔助氣體中電火花加工中的傳統(tǒng)電火花加工的材料去除率比較
3、 結(jié)果與討論
圖2 硬質(zhì)合金加工表面微觀照片
圖2為超聲振動(dòng)－氣體介質(zhì)電火花加工硬質(zhì)合金加工表面SEM照片。和傳統(tǒng)電火花加工相似氣體介質(zhì)電火花加工表面密布著大量突起和凹坑，突起和凹坑之間呈現(xiàn)流動(dòng)形狀。這種形貌的形成是與電火花加工表面的形成過程相關(guān)的。放電過程的瞬時(shí)高溫使表面金屬熔化，一部分熔融金屬在超聲振動(dòng)、氣流的共同作用下拋離電極表面，留下一個(gè)個(gè)放電而形成的小凹坑，高壓氣流以及超聲振動(dòng)使凹坑凸邊平滑，形成光滑圓角，呈現(xiàn)流動(dòng)形狀。電火花加工表面就是由這樣的無數(shù)放電凹坑的疊加形成的。
圖3 - 硬質(zhì)合金截面加工UEDM氣體
圖3為超聲振動(dòng)－氣體介質(zhì)電火花加工硬質(zhì)合金加工表面SEM照片。我們可以看出，加工重鑄層薄，且分布有許多氣孔。這是加工過程中氣體介質(zhì)溶于熔融液滴后重新凝固的結(jié)果。
圖4- 硬質(zhì)合金截面上的微裂紋加工氣體由UEDM
超聲振動(dòng)－氣體介質(zhì)電火花復(fù)合加工硬脆材料表面不可避免地存在顯微裂紋，如圖5所示。加工表面SEM照片顯示，顯微裂紋以脆性開裂為特征，表面裂紋呈輻射狀或者網(wǎng)狀；剖面裂紋有橫向和縱向兩種情況，有的裂紋深入到了基體材料。剖面橫向裂紋的存在能夠阻止縱向裂紋向基體擴(kuò)展，如圖4所示。
脈沖放電結(jié)束后，放電通道便停止加熱工件表面，加熱區(qū)工件表面溫度約以十萬到一億k|s的速度冷卻。在連續(xù)脈沖的作用下，電火花加工表面受到放電時(shí)的驟冷驟熱作用，在溫度梯度的作用下，加工表面便形成了熱應(yīng)力分布。當(dāng)放電區(qū)域表層冷卻到一定程度時(shí)，局部區(qū)域的塑性變形便殘留在電蝕區(qū)域表層內(nèi)，形成了表層內(nèi)的殘余應(yīng)力分布。如果溫度場引起的熱應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限，在材料的局部區(qū)域產(chǎn)生塑性變形，塑性區(qū)主要承受殘余拉應(yīng)力，如圖所示。在表面附近，由于裂紋多發(fā)和裂紋尖端應(yīng)力集中所造成的擴(kuò)展，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力松弛，
導(dǎo)致表面最外層某一深度上形成具有某一應(yīng)力峰值的應(yīng)力分布。
圖5- 熔滴的強(qiáng)度模型
排量之間的液滴和超聲波振動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以表示為公式（2）超聲振動(dòng)輔助氣體介質(zhì)電火花加工：
速度方程和加速度方程，可以計(jì)算由下列公式：
因此，一定的熔滴的最大加速度表現(xiàn)為
下降的最大慣性力
一個(gè)單脈沖量，可以計(jì)算出公式（7）和剖面模型如圖7。因此，可以計(jì)算出最大慣性力
其中f是頻率的超聲振動(dòng)，一個(gè)是超聲波振動(dòng)幅度，D是直徑和H是深度。液滴的表面張力可忽視由公式（張等，1996）。（8）
其中M是的金屬密度，TM是金屬的熔點(diǎn)，C1是密度調(diào)整系數(shù)和C2是熔點(diǎn)調(diào)整系數(shù)。
很明顯，在超聲波振動(dòng)引起的慣性力的作用下可以很容易得到溶化液。此外，電火花加工工件的表面上，可導(dǎo)致巨大的溫度散熱過程。大溫度梯度ENTS結(jié)果大不均勻，可導(dǎo)致很高的熱應(yīng)力，于是導(dǎo)致工件材料的熱膨脹。熱應(yīng)力和裂紋發(fā)生超出了材料的張力強(qiáng)度。從圖中可以看出。表面和截面上有許多裂紋。可分為兩類：橫向裂縫和縱向裂縫，。此外，大多數(shù)水平裂縫定期相交于垂直裂縫。
據(jù)悉，一些垂直裂縫通過重鑄時(shí)在表面加工表面層上運(yùn)行。在超聲振動(dòng)的材料上通過橫向和縱向裂縫導(dǎo)致分離。
4.結(jié)論
超聲振動(dòng)輔助氣體介質(zhì)電火花加工技術(shù)具有工具電極簡單，易于實(shí)現(xiàn)銑削加工等特點(diǎn)。能夠?qū)τ操|(zhì)合金材料進(jìn)行有效的加工，但加工表面也存在顯微裂紋。裂紋的形成主要是由于電火花加工瞬態(tài)熱沖擊導(dǎo)致材料表面承受時(shí)變的應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過材料的屈服極限時(shí)所形成的，并且裂紋容易擴(kuò)展。加工表面裂紋直接影響工件的機(jī)械性能，在生產(chǎn)中應(yīng)選擇合適的脈沖參數(shù)，盡量減少和避免加工表面裂紋的產(chǎn)生。
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