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电火花和钕铁硼论文范文

摘要：文章针对烧结钕铁硼永磁材料进行电火花线切割加工时的特性进行了实验研究.文章首先针对烧结钕铁硼永磁材料的高效低损切割机理进行了阐述,从烧结钕铁硼永磁材料的去除方式和工作介质因素两个因素进行了分析;其次针对烧结钕铁硼永磁材料电火花线切割高效低损切割加工进行了实验,利用SEM观察烧结钕铁硼永磁材料进行切割后的切割表面和电极丝表层.从二者的显微形貌分析,进行烧结钕铁硼永磁材料电火花线切割高效低损切割研究.最终结果表明,在进行切割时,选择贴附式高压喷液方式,可以有效增加燒结钕铁硼永磁材料切割时极间的工作液进入量和流速,进而获得电蚀产物排出效率的提升.

关键词：烧结钕铁硼;电火花线切割;蚀除机理;高效低损

中图分类号：TM273;TG484

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）09-0161-03

0 引言

钕铁硼永磁材料是以金属间化合物ND2FE14B为基础的永磁材料.主要成分为稀土（ND）、铁（FE）、硼（B）[1].烧结钕铁硼属于第三代稀土永磁材料,因其具有优异的磁性能,广泛应用于社会生活生产中的领域,较常见的有永磁电机、扬声器.磁选机、计算机磁盘驱动器、磁共振成像设备仪表等.由于烧结钕铁硼永磁材料的硬度和脆性较高,因而在对其进行切割加工时往往具有一定的难度,容易在加工过程中出现加工效率低、加工表面粗糙等问题.

1.概述

1、1 钕铁硼永磁材料去除方式

钕铁硼永磁材料通常由铷铁硼材料作为主相,融合多种其他材料或氧化物构成.不同类型烧结铷铁硼材料的热物理性能存在很大差异,这给对其进行去除带来了较大的难度[3].如图1所示为该类型材料的电火花蚀除机理模型.

如图1所示,在对铷铁硼材料进行放电时,铷铁硼材料中的金属蒸气会在等离子作用下迅速完成气化,并按照压力从大到小的方向沿着放电通道喷爆抛出.在喷爆抛出过程中,会产生较大的反向作用力,在反向作用力的影响下蚀除坑中部分被烧熔材料会呈现出喷溅状溢出,凝固以后的熔滴在蚀刻坑附近呈辐射状.单脉冲持续放电结束后,材料迅速恢复常温常压状态,此时由于不再具备放电条件,导致气化状态的铷铁硼材料中的金属迅速出现凝固并随着介质排出.因此,通常我们认铷铁硼材料进行线切割放电蚀除的主要方法是对该类型材料进行熔融以及气化抛出处理[4].随着放电动作的结束,蚀除坑内外压重新呈现出平衡状态,未能跟随放电通道喷爆抛出的熔融金属会在内外压重新平衡以及冷却液的双重作用T迅速冷却并形成15 μm左右厚度的重铸层.由于代加工铷铁硼材料本身的熔化再凝固过程中的收缩作用,会使最终的再凝固层产生放射状微裂纹.通过最新研究成果显示,由于蚀刻过程中产生的流场具有明显的高温高压特征,因而会在蚀除坑放电结束后产生载荷卸载效应.通过对蚀除作业过程中图1所示模型分析,放电凹坑周围13°-19°的范围内将会产生基于应力场分布的拉应力.在单个蚀除作业过程中,假如该拉应力的大小超过铷铁硼材料的抗拉强度,则此处因喷爆抛出形成的裂纹会在此处成核,并扩展成巴氏裂纹（plamqvist crack）.

富铷相在烧结铷铁硼材料中的分布大多呈现为颗粒状或薄片状[5].在对铷铁硼材料进行放电过程中,被处理部分主相晶粒在温度达到1185℃状态后由于处于材料的表层未能形成整体熔化.而在温度为650℃时,处于材料晶间的富Nd相已经被完全去除.这两者之间熔点差异导致了材料在晶方向逐渐产生了微裂纹并呈现扩展趋势.在持续的脉冲放电过程中,各微裂纹由于受到紧邻裂纹的作用而逐渐产生连接,最终在形成封闭裂纹后主相晶粒迅速脱落材料.

1、2 工作介质因素

在烧结铷铁硼材料强烈的磁性作用下,蚀除产物极其容易收到磁性作用而被吸附在放电通道内,随着蚀除动作的持续,排屑口逐渐被蚀除产物堆积堵塞,进而明显影响排屑.在蚀除行为稳定开展阶段,脉冲放电电流趋于稳定,此时由于排屑口所堆积的蚀除为例较多,造成极间放电间隙的明显减小,最终引起极间间隙流场的表面效应,改变了蚀除产物最终的排屑方式[8].因此,由于工作过程中工作液与电极之间长期处于接触状态,容易导致工作液对电极丝产生拖拽作用,蚀除产物在工作液流动的影响下会逐渐被排出电极附近.示意图如图2所示.

由图2可知,电极丝速度、加工间隙以及极间个点的流速分别用VO、H、u（VO,v）表示.在进行电火花放电时,电极丝阳极处的铷铁硼材料发生烧熔,尤其在脉冲放电处附近的溶液中含有较大比例;阴极处生成气体,尤其在电极丝表面的溶液中含有较大比例.在该现象的作用下,极间流场的流速呈梯度变化.

电火花放电时,阴极表面由于高温的作用下形成的气泡桥会在一定程度上使工作液丧失对阴极电极丝的防护,造成电极丝氧化.此外,由于受到阳极蚀除粒子聚集现象的影响,电极丝壁面在氧化和排屑阻塞的双重作用下,丧失了足够的工作液拖拽作用,最终导致无法进行高效率的排屑,加剧了电极丝在单位工作情况下的损耗,降低了电火花切割的效率.

进行材料切割的过程中,Cv值的提升,会导致Cf呈现出先减小后增大的态势,在Cv等于0.175时,Cf出现最小值.表示此时单位时间的蚀除粒子数量达到最低值,能够有效避免电火花切割系统出现二次放电现象,同时又能够有效提升排屑效率降低丝损.

此外,在阴极沉积作用的影响下,电极丝表面形成了一层非钼元素含量较高的镀覆层（厚度为1μm）.该镀覆层呈现出平整、牢固状态,能够有效补偿电极丝的损耗,延长电极丝的工作时间.

2.实验

实验采用塞维斯SWICE匠心打造的一款高端六轴伺服闭环伺服中走丝线切割机（型号UM）;工作液为1：10-15配置的DX-4水基工作液;实验材料为50mmx20mmx lOmm烧结钕铁硼永磁永磁材料;运用UM六轴伺服闭环伺服中走丝线切割机,分别按照常压浇注和高压喷液两种不同形式的的对比实验,得到图4所示的高压喷液对切割效率和丝损的影响以及图5所示的两种工作液加注方式下脉宽对切割效率和丝损的影响.

2.1 高压喷液对切割效率和丝损的影响

由图4可知,采用贴附式高压喷液方式对烧结铷铁硼材料进行切割时,切割效率随喷液压力的增大呈现出先增大后降低的趋势,并在喷液压力等于0.2MPa时达到切割效率峰值,此时系统进行工作的切割效率为149.01mm2/min、切割量为104mm2;电极丝损耗随着喷液压力的增大呈现出先降低后增大的趋势,并在喷液压力等于0.2MPa时达到谷值.保持其他实验条件不变的情况下,采用双边贴附式喷液,能够有效降低喷液间隙,在很大程度上规避了工作液溅射现象,增加了极间工作液的工作效率,改善了极间工作条件.实验显示,当高压喷射液的工作压力大于0.2MPa时,上下高压喷液装置之间会产生相互干扰,导致极间放电受电极丝振动加剧的影响而变得极不稳定,最终影响切割和丝损寿命.

2.2两种工作液加注方式下脉宽对切割效率和丝损的影响

2、2.1 兩种工作液加注方式下脉宽对丝损的影响

实验表明,随着脉宽的增大,到脉宽值为8μs时,常压浇注和高压喷液两实验组丝损均处于下降趋势,这是由于烧结铷铁硼在刚开始进行电火花线切割时材料整体脱落去除效果明显;到脉宽值大于8μs,小于24μs时,常压浇注和高压喷液两实验组丝损均处于上升趋势,且常压浇注组丝损上升幅度略大于高压喷液组,这是由于随着排屑的进行,极间排屑条件逐渐变差,极间热量无法通过工作液及时排出,丝损加剧,但由于高压喷液组单位时间工作液的排出量更大,因而能够在一定程度上降低电蚀粒子溶积浓度Cv和摩擦阻力系数Cf对切割的影响;脉宽值大于24μs以后,丝损变小,这是由于蚀除粒子数量的持续增加以及空心壳体等电蚀粒子体积逐渐增大,电极表面呈现出谈化、结块状态,电极丝变细、脆化,已经无法通过数据反映真实的损耗情况.

3.结语

烧结钕铁硼永磁材料具有优异的磁性能,如今已被广泛应用于社会生产和生活的各个领域.为解决烧结钕铁硼永磁材料在线切割过程中的问题,国内外学者均进行了各种角度的实验和分析,然而针对烧结钕铁硼永磁材料进行电火花线切割过程中的具体加工机理并未做出深入研究.因此,文章进行了烧结钕铁硼永磁材料电火花线切割加工机理的具体实验研究,为实现烧结钕铁硼永磁材料的高效低损切割提供了数据支持.

参考文献

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[2]周巧英,陈仁杰,郭帅.钕铁硼磁体表面高耐蚀性锌铝涂层的制备及性能研究[J].电镀与涂饰,2020（3）：165-170.

[3]柯良,惠相君,陈水.聚晶金刚石复合片数控激光切割机床的研究[J].制造技术与机床,2014（2）：65-68.

[4]蓝琴,烧结钕铁硼SC片热处理后微观组织变化及评价[J].福建冶金,2020（1）：23-25.

[5]任宁,刘国东,黎相孟,等,激光切割钕铁硼磁性材料温度场的仿真分析[J].制造技术与机床,2020（1）：25-29.

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[7]滕凯.跟踪喷液式高速走丝电火花线切割研究[J].制造技术与机床,2015 （12）：107-110.

[8]仝志宏,刘国东,祝锡晶,等.光纤激光微加工钕铁硼工艺特性研究[J].机械科学与技术,2019（11）：1760-1765.

作者简介：张宏达（1981-）,男,陕西凤翔人,大学本科,工程硕士,研究方向：机电信息.

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永磁引用文献: