SiC混粉电火花加工对模具钢白层厚度及疲劳寿命的影响-2016年国际期刊1400.

工程科学与技术，国际期刊19（2016）1400全长文章SiC混粉电火花加工对AISI D2模具钢白层厚度、热流密度及疲劳寿命Ahmed Al-Khazrajia，Samir Ali Amina，Saad Mahmood Alib，*a技术大学机械工程系，906区-Alsnaa街，伊拉克巴格达b伊拉克卡尔巴拉大学机械工程系，卡尔巴拉56001A R T I C L E I N F OA B S不 R 一C T文章历史记录：2015年9月5日收到2016年1月23日接受2016年4月23日在线发布保留字：EDMPMEDM碳化硅粉末RSMFEMWLT总热负荷疲劳寿命本文研究了铜电极和石墨电极混粉电火花加工（PMEDM）工艺参数对白层厚度（WLT）、产生的总热量和疲劳寿命的影响采用响应面法（RSM）设计了两组实验的工作矩阵：第一组为单独使用煤油电火花加工，第二组为将SiC微粉混合到电介质中进行电火花加工（PMEDM）。采用ANSYS15.0有限元分析软件对电火花和脉冲电火花加工模型的总热流密度和疲劳寿命进行了分析。石墨电极给出的总热通量比铜电极高82.4%，而使用SiC粉末和石墨电极给出的总热通量比铜电极高91.5%。采用铜电极、石墨电极和SiC粉末分别在大电流和小电流、小脉冲导通时间下获得了最低的WLT值5.0 μm和5.57 μm这意味着，与仅使用相同电极和煤油电介质相比，WLT分别提高了134%和110%石墨电极与PMEDM和SiC粉末相比，使用铜电极的实验疲劳安全系数提高了7.30%，与单独使用煤油介质与铜和石墨电极的结果相比，分别提高了14.61%和18.61%。©2016 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V. 这是CC下的开放获取文章BY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍将合适的磨料和粉末形式的金属材料混合到电介质中是提高EDM工艺创新和增强能力的最新进展之一[1]。这种工艺称为混粉电火花加工（PMEDM）。 在此过程中，导电粉末颗粒混合在介电介质中，这降低了颗粒的绝缘强度，并增加了工具和工件之间的火花间隙距离，以使放电均匀地因此，工艺变得更加稳定，从而提高材料去除率（MRR）和表面光洁度[2，3]。Razak等人[4]基于以下研究对碳化硅PMEDM的粉末浓度和粉末粒度进行了研究：作者确认，这部作品以前没有发表过（除了作为学术论文的一部分），它不是在考虑出版其他地方-在那里，它的出版是由所有作者批准的，它不会以相同的形式在其他地方出版，在英语或任何其他语言，未经出版商的书面同意由Karabuk大学负责进行同行审查* 通讯作者。联系电话：+96 478 03700877。电子邮件地址：smaengg@yahoo.com（S.M. Ali）。田口正交表。预期结果将能够增加MRR、改善表面光洁度、减少TWR以及减少加工时间和成本。EDM是一种热腐蚀工艺[5]。加工过程中的瞬时温升改变了加工表面层的物理性质，导致残余应力的存在，是影响已加工表面质量及其功能性能的关键因素之一。Abhijeetsinh和Kapil[6]研究了工艺参数和电极形状配置对AISI316不锈钢工件材料和纯铜电极材料的影响。利用扫描电镜（SEM）对已加工表面的结构特征进行了详细的分析，以了解热影响区（HAZ）、重铸层厚度和微裂纹的形态，它们交替影响着已加工工件的结构和刀具寿命。由于电火花加工过程中工件表面的快速凝固，在工件表层产生了较大的热残余应力，它们随着脉冲能量的增加而增加[7，8]。EDM部件通常应用于高温、高应力和高疲劳载荷环境中。在这样的条件下，加工表面上的裂纹充当应力集中器并且导致相当大的应力集中。http://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2016.01.0142215-0986/©2016 Karabuk University. 出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。出版社：Karabuk University，PressUnit ISSN （印刷版）：1302-0056 ISSN（在线）：2215-0986 ISSN（电子邮件）：1308-2043主 办可 在 www.sciencedirect.com上 在 线ScienceDirect可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：http://www.elsevier.com/locate/jestchA. Al-Khazraji等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1400  14151401Fig. 1. Avery Denison 7305型平面弯曲疲劳试验机，英国。降低部件的疲劳寿命。因此，目前的研究进行了粉末混合方法的实验研究，该方法不需要后处理工艺，以确定最佳的EDM加工参数，该参数抑制重铸层中裂纹的形成，以在不同的疲劳载荷下获得最长的寿命。Mehdi等人[9]使用响应曲面法（RSM）分析了加工Al-Mg 2Si复合材料的电火花加工输入参数对显微组织变化的影响。结果表明，电压、电流和脉冲时间是影响加工表面微观组织的最重要因素。研究人员已经报告了大量的工作，这些工作是利用各种DOE和优化技术，特别是利用响应面方法[10-15]，根据性能参数测量EDM性能。研究了SiC粉末混合工艺参数对所选AISI模具钢工件的总热流密度、白层厚度和疲劳寿命的影响，并建立了数值模型，采用响应面法和有限元法对实验结果进行了验证。ANSYS 15.0软件。采用目前的工作目标是为了在其他目标中达到最佳组合参数，因为这种类型的模具钢在工程行业中具有全球重要性，以及EDM工艺的重要性2. 实验工作根据ASTM-77钢产品机械测试标准[16]，准备工件材料进行化学成分、机械性能测试和洛氏硬度测试。根据Avery 7305型平面弯曲疲劳试验机的要求，制备了尺寸为89.9 × 30 × 4.25 mm的工件试样，如图所示。1.一、所选工件材料的化学成分平均值和根据ASTM A 681-76合金钢和模具钢标准规范给出的等效值[17]在表1中列出。拉伸试验和洛氏硬度试验结果见表2。铜电极的化学组成列于表3中。根据ASTM（D 3699-90）煤油工业标准规范测试所用煤油的折射率用X射线衍射仪测定了碳化硅粉末的化学成分选择了两种电极材料（铜和石墨），电极尺寸为30 × 24 × 24mm，用X-Met 3000 TX HORIZONT金属分析仪对铜电极材料的化学成分进行了分析。这两种电极材料都有其广泛的工业应用。铜的用途更广泛，而石墨也用于工业和研究领域。目前的工作将试图证明石墨在提高工艺性能响应方面的重要作用。还有其他电极材料，但应用较少，如铝，甚至钢。由于SiC粉具有高熔点、高强度、高电阻率等重要性能，所以选择SiC粉作为煤油介质的混合粉。碳化硅粉末的平均粒度为95.502μm。该粒度的粉末用于增加其固体颗粒的微射效应，从而提高材料去除率，改善加工工件的表面残余应力和其它性能，并且价格便宜，这使得混合过程在经济方面非常电火花加工参数为：间隙电压VP（140 V），脉冲导通持续时间Ton（40和120 μs），脉冲关断持续时间Toff（14和40 μs），脉冲电流IP（8和22 A），占空比（λ= 75%），两侧放电压力0.73 bar（10.3 psi）。以及SiC粉末混合浓度（0和5g/L）。在这项工作中，最佳加工性能的措施，选择适当的组合的加工参数是一项重要的任务。电火花加工参数的选择一般是根据电火花加工厂家和科研单位提供的数据进行的。这些数据对于AISI D2模具钢是不可用的，特别是当使用石墨电极、SiC和石墨混合粉末时。表1工件材料的化学成分。样品C %硅含量%锰%P %S %Cr %钼%镍%Co %铜%V%铁%测试（平均值）1.510.1740.2640.0140.00312.710.5550.1580.01370.0990.306巴尔标准AISI D21.40至1.600.60最大0.60最大0.03最大0.03最大上午11时至下午3时0.70至1.20–最多一点–最多1.10巴尔1402A. Al-Khazraji等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1400  1415表2所选材料的机械性能。样品极限拉伸屈服强度伸长率硬度应力N/mm2N/mm2%HRB平均704.25415.2518.12590.75本文应用响应面分析法（RSM），选择了最佳加工性能的工艺参数组合，给出了试验次数最少的试验DOE矩阵的拍频设计。RSM通过绘制相互作用图、准确度残差图和响应曲线来分析实验数据[12]。使用为了与介电介质混合粉末（PMEDM），制造不锈钢容器（体积约30升，总尺寸为400 × 300 × 230 mm，盖为400 × 230 mm，厚度为3 mm），其包含煤油离心泵、连接到混合器和不锈钢叶轮的电动机（300 RPM）、工件夹紧装置、阀门和管道附件。在电源方面，一个用于驱动特殊煤油泵的AC/DC转换器安装在一个专门为此工作制作的电路板 该板还包含一个压力计（一巴容量），如图所示。 二、在这项工作中，计划了两组，每组包含22个实验，在每个实验中使用一组新的工件和电极。每组中的前11个实验使用铜电极进行机械加工，而后11个实验使用石墨电极进行。两组用铜和石墨电极进行电火花加工后的样品如图所示。3.第三章。利用光学体视显微镜研究了电火花加工工艺参数和电极材料类型对表面重铸白层微缺陷的影响。所选样品经过研磨、抛光和蚀刻工艺制备用于表面形貌检查。使用光学显微镜（OM）进行白层厚度3. 热交换器的有限元建模与仿真由于EDM的随机性、高度复杂性和不确定性，除非另有说明，否则已考虑以下假设，以使所有拟议EDM和PMEDM模型的问题在数学上可行：1 一个轴对称模型已被考虑。2 工件材料在性质上是均匀和各向同性的[18]。3 工件和刀具的材料特性与温度有关。4 密度和元素形状不受影响[19]。5 电火花加工放电通道被认为是一个均匀的圆柱形。6 假设热源在脉冲开启时间段期间在工件材料的表面上具有高斯分布的热通量[20，21]。7 温度分析被认为是瞬态类型[18，22]。8 通道直径大约在10 μm和100 μm之间，因此电极可以被认为是半无限体。9 入射到电极上的热流的大小与受影响的表面轮廓无关。许多作者已经考虑了均匀分布和半球形圆盘热源内的火花[23，24]。这一假设与电火花加工热模型的实际情况相差甚远然而，Dibitonto等人。[20]，Eubank等人。[25]和Bhattacharya等人。[26]已经表明，高斯热分布比盘热源更现实，用于建模EDM中的热输入。这 这一事实从EDM过程中形成的凹坑的实际形状中得到了证明。表3铜电极材料的化学成分。锌%铅%硅含量%锰%P %S %Sn %铝%镍%锑%铁%铜%0.0060.0010.0110.00020.0050.0020.00050.0070.0040.0050.00799.96图二. （CNC）EDM机床及所有装配配件。A. Al-Khazraji等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1400  14151403（2）第一章：第图三. 在EDM和PMEDM加工之后，试样和用于组（1和2）实验的铜和石墨电极。传递到工件表面的热强度（由Qw表示）是瞬时火花半径（r）的函数。对于具有最大半径（R）的单次放电，在火花轴处施加的热量的高斯分布，然后在系统半径r处的热通量Qw（r）由以下关系式[18]给出：计算了考虑悬浮粉末颗粒对火花频率和击穿电压影响的新参数（Kn）。Kn的值取决于粉末的类型和粉末的性质，如形状、尺寸、浓度等。Kn系数的值是通过实验对EDM和PMEDM加工组进行估算的，如表4所示，使用的是实验的材料去除率结果。4.57RwVbKnR†-4.5毫米R†（一）计算结果。Marafona和Chousal[27]提出了一个称为入射到工件上的能量的速率等于供应的能量的速率，其等于Rw*V *I，其中Rw是能量等效热输入半径R（t）或等离子体通道半径（μm），其取决于电流强度（IP）和脉冲。PP持续时间（Ton），因此：输入到工件的热量的百分比，Vb是击穿电压（不同于所施加的电压），R是火花半径（μm），IP是放电电流。t2.04 IP0.43T0.44（二）Shuvra等人[19]、Dibitonto等人[20]和Patel等人[21]已经确定了Rw的值，他们建议： 总功率的恒定部分被传递到双极。他们使用Rw值为8%，作为工件吸收的热输入的百分比，用于传统EDM的理论工作，并且在这项工作中使用相同的值的由工件、电极和电介质产生和吸收的总热通量可以计算为加工面积约为500mm2，有效几何加工面积约为上述总加工面积的0.75%，约为在一个脉冲开启时间段内瞬时产生的放电火花总数的10%，则：在本模型中，PMEDM过程中的Rw值被假定为工件中总热损失的9%Shankar等人[22日]放电火花的总数为1000个，（三）已经计算出，大约18%被阴极吸收，其余的被放电到电介质微流体中。击穿电压值（Vb）取为20 V，而对于PMEDM比EDM低约20% Vb= 15 V。火花半径（R）取15 μm，AISI的热通量总加工面积$20%$0.75放电火花面积所有EDM实验的总热通量使用等式（1）计算，但该等式需要修改为：D2模具钢在各种放电电流下的Qw均为680MW·m2K. 采用脉冲电火花加工的火花半径4.57 RwVb Ip KnR†-4.5毫米R†（四）比传统的EDM SN工件的加工区域表4所有电火花和脉冲电火花加工组的材料去除率（MRR）的平均值和Kn因子的实验估计值Exp.号类型的电极PulseontimeTon（μs）PulseofftimeToff（μs）脉冲电流（A）材料去除率平均值Kncoe quiquent第1组 Av.第2组Av.组1组21.铜1204088.678919.63681.005.052.铜120402227.288840.72081.003.423.铜401487.644512.20381.004.164.铜40142216.434132.78421.004.795.石墨1204087.018526.24210.759.026.石墨120402234.491371.07671.404.477.石墨401489.751712.35341.243.408.石墨40142224.748065.21851.825.26ee1404A. Al-Khazraji等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1400  1415表5组（2）的工件、电极和煤油介质吸收的总热量的分数值Exp.类型的脉冲持续时间脉冲关闭持续时间脉冲热中子百分数吸收分数[MW/m2]号电极Ton（μs）Toff（μs）电流（A）工件电极钾电介质1.铜120408157.40354.151437.062.铜1204022122.82276.351121.353.铜40148342.26770.093124.834.铜401422451.541015.974122.565.石墨120408210.88474.481925.336.石墨1204022277.56624.512534.127.石墨40148346.88780.483167.018.石墨401422902.452030.518239.37表5中给出了所有PMEDM实验在接通时间期间进入工件、电极和介电介质的总热中子的结果。表6给出了实验组（2）使用铜和石墨电极产生的理论和数值总热流以及FEM和ANSYS解。表7中给出了与仅使用煤油电介质的组（1）相比，使用SiC混合粉末（组2）的实验总热通量值的百分比增加。采用有限元法和ANSYS软件对铜电极和石墨电极进行电火花加工后，放电过程中产生的最大总热量进行了求解和(2)在图4中给出。本文利用ANSYS软件建立了AISI D2模具钢工件的三维轴对称模型，预测了工件的总热流密度。为了更好地研究工件、电极和煤油介质的三维网格化区域模型，采用映射网格技术，采用三角形单元图案形状，将更多的单元映射到热影响总元素和节点数分别为54，407和46，664。接触元件的数量为31，444，实体元件的数量为22，963。的平滑度元素是中等大小的，它们的最小边长为2.51- 3 m。图图4示出了分别使用铜和石墨电极的输入EDM参数的最大值的两个模拟模型。右图代表隐藏不锈钢容器后，电极、工件和煤油电介质左图显示了在隐藏了电介质后电极和工件的热模型，其中包括产生的最大热中子值和输入的EDM和PMEDM工艺参数，以及实验热模型与理论计算值相比的经验证的百分比误差。采用三水平析因响应面法（RSM）和Design-Expert 9.0软件分析每个参数亚组获得的总热功率，使用铜和石墨电极的两个实验组的结果分析示于图1和图2中。 5和6.模型F值为31，212.03，表明该模型具有显著性。0.9997的对于PMEDM实验组（2），使用铜电极和具有SiC粉末混合的电介质，产生的总热通量的预测方程为：表6实验和数值计算的总热量产生的PMEDM过程中使用煤油与SiC混合粉末的介质。Exp.号类型的电极PulseontimeTon（μs）PulseofftimeToff（μs）脉冲电流（A）实验总热通量[MW/m2]数值总热通量[MW/m2]数值模式错误%1.铜1204081948.612026.60+4.02.铜12040221520.521579.90+3.93.铜401484237.184414.70+4.24.铜4014225590.075826.60+4.25.石墨1204082610.692374.30-9.06.石墨12040223436.193118.00-9.37.石墨401484294.373891.10-9.38.石墨40142211,172.3310,087.00-9.7表7电火花加工（第1组）和脉冲电火花加工（第2组）工艺产生的实验热通量（功率）Exp.号类型的电极PulseontimeTon（μs）PulseofftimeToff（μs）脉冲电流（A）实验总流明[MW/m2]热总热通量增加百分比（%）集团（1）集团（2）1.铜120408434.621948.61+348.42.铜1204022531.881520.52+185.93.铜401481218.504237.18+247.74.铜4014221396.125590.07+300.45.石墨120408346.262610.69+654.06.石墨1204022919.623436.19+273.77.石墨401481511.004294.37+184.28.石墨4014222541.0011,172.33+339.7A. Al-Khazraji等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1400  14151405Exp.号类型的电极脉冲持续时间（μs）脉冲电流（A）总热通量W/m²4.铜4022总热通量= 5.827E+009W/m²（+4.2%）8.石墨4022总热通量= 1.009E+010W/m²（-9.7%）见图4。 采 用 SiC粉末、脉冲电流（22 A）和脉冲开启时间（40 μs）的PMEDM实验产生的总模型化热通量。总热功率4986.48607脉冲电流 44.22331脉冲开启时间脉冲开启时间并且，使用石墨电极，方程为：总热功率<$7447.41107<$125.03143<$脉冲电流 44.22331脉冲开启时间脉冲开启时间（五）（六）这意味着，当与使用铜电极相比时，使用石墨电极和具有SiC混合粉末的煤油电介质产生高91.5%的总热通量值，并且当单独使用铜和石墨电极以及煤油电介质时，分别高285.3%和602.7%。石墨电极和SiC混合粉末都具有较低的热导率、电导率和较高的电阻率，因此，采用石墨电极和SiC混合粉末可获得较高的总热通量实验组（2）采用铜电极和SiC混合粉末，在脉冲电流值为22A，脉冲时间为40 μs时，放电过程产生的总热量最大，为5.827 ×109 W/m2。当采用石墨电极时，在相同的输入电流和导通时间下，总热通量值达到最大值，为1.009 × 1010 W/m2用铜电极焊接。因此，当高脉冲电流通过电极和工件之间的间隙时，产生具有高热能的等离子体通道，但由于两种材料的高熔点，不能将它们转变为熔合状态然后，该等离子体通道移动到工件表面，并开始磨料粉末的主要作用，扩大电极间隙，并给出更多1406A. Al-Khazraji等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1400  1415图五. 使用铜电极和SiC粉末混合的电火花加工所产生的总热量（功率）。布置放电等离子体通道，因此，金属去除速率的量的增加是由加热周期内熔化和侵蚀区域4. 白层厚度（WLT）的计算采用三水平析因响应曲面法（RSM）和Design-Expert 9.0软件，得到铜电极和SiC混合粉末电火花加工的WLT预测方程为：表8中给出了使用两组的两个实验组在EDM加工后工件WLT测量的三个值的平均值。模型的F值为7.33，意味着该模型具有显著性。WLT脉冲电流4.40179$0.023214<$ 0.055125 Pulse onTon对于石墨电极，方程为：WLT脉冲电流5.17679$0.023214<$（七）0.9998的差值小于0.2。的 0.055125 Pulseon time Ton 中国（8）见图6。采用石墨电极和SiC粉末混合的电火花加工所产生的总热量（功率）。表8计算电火花和脉冲电火花加工后白层厚度的平均值。Exp.号类型的电极脉冲对Ton（μs）脉冲offToff（μs）脉冲电流（A）平均WLT组（1）（μm）平均WLT组（2）（μm）1.铜12040833.348.902.铜120402226.6713.343.铜4014813.349.404.铜40142211.675.005.石墨12040820.0013.676.石墨12040228.3411.107.石墨4014815.005.578.石墨40142215.009.40120总热功率（MW/m²）20001003000总热功率（MW/m²）设计要点11172.31520.51804000X1 = A：脉冲电流X2 = B：脉冲开启时间Ton605000实际因子C：电极类型=铜40810121416182022A：脉冲电流（A）第（2）组/ EDM + K2 S电介质+SiC粉末混合120总热功率（MW/m²）4000100总热功率（MW/m²）设计要点11172.31520.5180600060800010000X1 = A：脉冲电流X2 = B：脉冲开启时间Ton实际因子C：电极类型=石墨40810121416182022A：脉冲电流（A）第（2）组/EDM + K2 S电介质+SiC粉末混合B：脉冲时间（µ s）B：脉冲时间（µ s）A. Al-Khazraji等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1400  14151407图7.第一次会议。 实验组（2）采用铜电极行PMEDM后的WLT。在使用铜和石墨电极的PMEDM加工之后的WLT的平均值示于图1A和1B中。分别为7和8。实验组（2）采用SiC混合粉和铜电极，在电流22 A、脉冲时间40 μs时，WLT最小，为5.0 μm;而采用石墨电极，在电流8 A、脉冲时间40 μs时，WLT最小，为5.57 μm这意味着当同时使用铜和石墨电极以及单独使用煤油电介质时，分别有134%和67%的改善当使用铜电极和磨料SiC时，所获得的WLT的较低水平具有高硬度，其在通过具有短时间开/关的微喷丸工艺然后具有高脉冲电流的高速下去除熔融白层时起这是因为等离子体通道的良好布置和切割区两侧介质的使用产生了高的当使用石墨电极时，微喷丸过程需要较长的时间，因为它们产生较低的放电热功率。表9和表10中的图像显示了使用铜和石墨电极进行EDM和PMEDM工艺（组1和组2）后，每个子组输入参数的这些图像表明，坑的尺寸随着脉冲电流和持续时间的增加而增加，并且它们达到最小尺寸，特别是当使用石墨电极，其中产生较高的等离子体放电热功率。实验组（2）的这些微观层和HAZ的构造表明，由于碳化硅粉末的高研磨性和微喷丸性能、该工艺的等离子体放电压力以及来自切割区域两侧的所形成的凹坑的介电挤压的高作用，随着高的脉冲电流值和持续时间，这些层中的缺陷尺寸增加，特别是当使用铜双极时，由于产生高的热能这些图显示了白色重铸层的不连续性和不完全形成，特别是当使用铜电极时，由于产生的高热功率和SiC粉末材料的磨损特性5. 疲劳寿命的有限元建模与仿真本文研究了AISI D2模具钢电火花加工的三维分析与建模。建立了损伤模型，研究了不同参数对工件疲劳寿命的影响疲劳分析的目的是解释材料组件在其使用寿命期间服务于设计循环载荷的表征能力[28]。模型的主要假设如下：图8.第八条。 实验组（2）采用石墨电极进行PMEDM术后WLT。WLT（µm）1201210010WLT（µm）设计要点13.67580608X1 = A：脉冲电流X2 = B：脉冲开启时间Ton实际因子C：电极类型=铜640810121416182022A：脉冲电流（A）WLT（µm）12012100WLT（µm）设计要点13.6758010608X1 = A：脉冲电流X2 = B：脉冲开启时间Ton实际因子C：电极类型=石墨640810121416182022A：脉冲电流（A）第（2）组/ EDM + K2 S电介质+SiC粉末混合B：P u ls e on t im e T on（µ s）B：脉冲时间（µ s）1408A. Al-Khazraji等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1400  1415表9单独使用煤油介质的电火花加工组（1）的白层厚度（WLT）和热影响区（HAZ）微观结构Exp. 号类型的电极脉冲持续时间Ton（μs）脉冲电流（A）白层显微组织（光学显微镜X300）1.铜1208X1.5X402.铜12022X1.5X403.铜408X1.5X404.铜4022X1.5X405.石墨1208X1.5X406石墨12022X1.5X407.石墨408X1.5X408.石墨4022X1.5X40A. Al-Khazraji等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1400  14151409表10采用煤油介质和SiC混合粉末的PMEDM组（2）的WLT和HAZ显微组织Exp. 号类型的电极脉冲对持续时间（μs）脉冲电流（A）白层显微组织（光学显微镜X300）1.铜1208X1.5X402.铜12022X1.5X403.铜408X1.5X404.铜4022X1.5X405.石墨1208X1.5X406石墨12022X1.5X407.石墨408X1.5X408.石墨4022X1.5X401410A. Al-Khazraji等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1400  1415表11电火花和脉冲电火花加工后的疲劳寿命实验结果。Exp.类型的脉冲对脉冲脉冲off适用于组（1）适用于组（2）号电极时间Ton（μs）电流（A）关闭时间T（μs）施加应力（σ）（MPa）失效循环次数（×1000）施加应力（σ）（MPa）失效循环次数（×1000）1.铜120840350.00100.250350.00138.2502.铜120840300.00239.750300.00304.0003.铜120840230.001260.500250.001225.0004.铜1202240350.0061.000350.0085.5005.铜1202240300.00133.500300.00188.0006.铜1202240215.001273.250230.001304.0007.铜40814350.0084.250350.00125.7508.铜40814300.00199.750300.00264.2509.铜40814220.001157.500240.001207.00010.铜402214350.0056.250350.0074.00011.铜402214210.001212.500220.001196.25012.石墨120840350.0094.500350.00183.50013.石墨120840300.00214.750300.00436.25014.石墨120840220.001319.000270.001164.00015.石墨1202240350.0045.250350.00113.25016.石墨1202240300.0087.250300.00258.75017.石墨1202240200.001063.750250.001226.00018.石墨40814350.0070.250350.00154.00019.石墨40814300.00164.750300.00352.25020.石墨40814215.001201.500260.001263.50021.石墨402214350.0051.250350.00106.00022.石墨402214200.001188.500240.001271.5001 EDM和PMEDM受损层在疲劳期间不能承受任何载荷循环。因此，疲劳损伤开始于损伤层下方，而不是试样的顶面2 由于残余应力是在损伤层产生的，因此可以忽略其对疲劳寿命的影响3 由于损伤层的厚度较小，不考虑尺寸效应。4 裂纹扩展主要由实际应力水平和电脉冲损伤水平决定。本研究利用ANSYS软件15.0进行应力-寿命疲劳建模分析材料的循环疲劳是通过室温下载荷比为−1的完全反向等幅试验获得的。Goodman平均应力修正理论对硬质材料是一个很好的选择疲劳试验使用的是可弯曲的工件机器的测试频率所有疲劳极限均定义为106次载荷循环的应力水平将使用vonMultiphysics静态结构模型域载荷，包括环境温度、固定支撑和加载力。疲劳强度集中系数（Kf）设定为1和0.72，分别用于接收的试样和PMEDM加工工件[29]。实验-EDM和PMEDM加工后两组的总疲劳结果见表11采用三角形曲面网格映射技术，通过单元图形形状的网格化，建立了工件的三维网格域模型，用于建立S/N曲线的单元数和节点数分别为：接收时的试样为134，280个和195，027个，EDM和PMEDM加工工件试样分别为83，824个和123，748个。表12中给出了第（2）组在106次循环时的疲劳应力实验平均值和疲劳安全系数数值。疲劳安全系数值计算在106个周期的实验结果相对于疲劳应力在106个周期的接收材料，这是等于270 MPa。如表13所示，将使用SiC混合粉末（组2）与单独使用克尔介电体（组1）在10-6次循环下的实验疲劳应力值的时效提高百分比进行比较。图9中给出了使用8 A脉冲电流和40 μs脉冲开启时间，使用铜和石墨电极，通过FEM和PMEDM以及ANSYS解决方案和模拟获得的最大疲劳寿命和安全系数。该图中的每个模拟模型示出了针对PMEDM子组的每个输入参数的两个模型。右图代表数值模拟的疲劳安全系数。左图显示了疲劳寿命模型模拟，其中106次循环的疲劳应力值来自表12（2）混合SiC粉末的脉冲电火花线切割加工的106周疲劳应力和疲劳安全系数的实验平均值Exp. 号类型的电极PulseontimeTon（μs）脉冲off时间Toff（μs）脉冲电流（A）106次循环时的疲劳应力（Mpa）疲劳安全系数试验疲劳安全性误差系数数字模式%1.铜1204082570.950.97 +2.12.铜12040222400.890.85 −4.53.铜401482470.920.91 −1.14.铜4014222270.840.78 −7.15.石墨1204082751.021.13 +10.86.石墨12040222560.950.96 +1.17.石墨401482670.991.06 +7.18.石墨4014222480.920.91 −1.1A. Al-Khazraji等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1400  14151411表13EDM组（1）和PMEDM组（2）在106次循环时的疲劳应力实验值Exp.号类型的电极脉冲on时间Ton（μs）PulseofftimeToff（μs）脉冲电流（A）106次循环下的实验疲劳（Mpa）应力疲劳应力增加百分比（%）集团（1）集团（2）1.铜120408240257+7.12.铜1204022225240+6.73.铜40148227247+8.84.铜401422215227+5.65.石墨120408232275+17.76.石墨1204022203256+26.17.石墨40148223267+19.78.石墨401422207248+20.1Exp.号类型的电极脉冲持续时间Ton（μs）脉冲电流（A）疲劳安全系数3.铜408疲劳安全系数= 0.91疲劳寿命=1.21E+6次循环/σb= 247 MPa/F= 163 N7.石墨408疲劳安全系数= 1.06疲劳寿命=1.26E+6次循环/σb= 267 MPa/F= 151 N见图9。 建立了SiC粉末混合（PMEDM）加工第（2）组的最大疲劳寿命和安全系数的有限元模型。1412A. Al-Khazraji等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1400  1415见图10。 实验组（1）和（2）分别采用混合SiC粉末和脉冲电流（8A）进行电火花和脉冲电火花加工后的S/N曲线。各实验亚组的S/N曲线、输入的电火花加工工艺参数和模型加载力。EDM和PMEDM加工后两组在10 6次循环时的S/N疲劳应力曲线如图11和12所示。图10和11分别使用脉冲电流8A和22A。这些数据表明，疲劳寿命随脉冲电流的减小而增加，“调整R平方”为1.0000;即差值小于0.2。使用煤油介质、SiC混合粉末和铜电极的PMEDM实验组（2）的疲劳安全系数的预测方程为：电火花加工后，铜电极的疲劳寿命高于石墨电极（1）。而在PMEDM实验组中，石墨电极的疲劳寿命值高于铜电极（2）。采用三水平析因响应曲面法（RSM）和Design-Expert 9.0软件对各参数亚组的疲劳安全系数疲劳安全系数0.96768脉冲电流 7.81250E脉冲接通时间T接通时间并且，使用石墨电极，方程为：疲劳安全系数1.10518脉冲电流 7.81250E脉冲接通时间T接通时间（九）（十）模型F值为444.81，表明该模型具有显著性。0.9991的用铜电极获得的106次循环的疲劳应力的预测方程为：图十一岁 实验组（1）和（2）分别采用SiC粉末混合和脉冲电流（22 A）进行电火花和脉冲电火花加工后的S/N曲线。38036034032030028026024022020040000D2模具钢的SN曲线（原样）铜+KBr/8A-120 μs铜+KBr/ 8A - 40 μs石墨+KBr/ 8A-120 μs石墨+KBr/ 8A - 40 μsCu + K2 O + SiC粉/ 8A-120 μs Cu + K2 O + SiC粉/ 8A - 40 μs石墨+K2 O + SiC粉/ 8A-120 μs石墨+K2 O + SiC粉/ 8A- 40 μs1000000循环次数Log（Nf）D2模具钢的SN曲线（原样）铜+KBr/22 A-120 μs铜+KBr/22 A- 40μs石墨+KBr/22 A-120 μs石墨+KBr/22 A- 40 μsCopyright © 2018 - 2019 www. cn-cn