表面活性剂和石墨粉对钛合金电火花加工的影响

þ主办方：工程科学与技术，国际期刊18（2015）524e535全文添加表面活性剂和石墨粉的电介质对钛合金田口法电火花加工Murahari Kolli*，Adepu Kumar印度泰伦加纳瓦朗加尔国立技术学院机械工程系我的天啊N F O文章历史记录：收到日期：2014年8月27日收到日期：2015年2015年3月9日接受2015年5月16日在线发布保留字：Ti-6Al-4V合金表面活性剂和石墨粉田口技术材料去除率（MRR）重铸层厚度（RLT）A B S T R A C T本文采用田口法优化了电火花加工Ti-6Al-4V时介质中表面活性剂和石墨粉的浓度。通过改变放电电流、表面活性剂浓度和粉末浓度等工艺参数，研究了它们对材料去除率（MRR）、表面粗糙度（SR）、刀具磨损率（TWR）和重铸层厚度（RLT）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，观察了表面活性剂和石墨粉对加工过程的影响。实验结果表明，添加石墨粉和表面活性剂的介电介质可显著提高材料的MRR，降低SR、TWR和RLT。对电火花加工重要工艺参数的实验数据进行方差分析和F检验，发现放电电流和表面活性剂浓度对MRR和TWR的影响较大，而SR和RLT受放电电流和石墨粉浓度的影响较大©2015 Karabuk University.由爱思唯尔公司制作和主持这是一篇开放获取的文章，的CCby-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍钛合金以其优异的性能在工业和商业领域得到越来越广泛的应用。钛合金在化学工业、机械制造、造船及汽车工业中有广泛应用，此外亦制造石油及天然气工业、食品工业、医药及土木工程的设备钛合金的最大消费者是航空航天工业，例如，波音787的总机身的14%由钛合金制成[1，2]。Ti-6Al-4V由于其优异的耐腐蚀性、耐疲劳性和在许多环境中特别是在高强度应用中的优异性能而被广泛地应用于工程应用中。Ti-6Al-4V是一种含大量硼的硼合金稳定剂（4e6%）。β合金可以进行热处理以形成各种微观结构和机械性能组合。VT6级钛合金具有以下化学成分（重量）： %）：Al，5.5e7.0; V，4.2e 6.0。 杂质含量*通讯作者。联系电话：传真：08702462834。电子邮件地址：kmhari. gmail.com（M. Kolli）。由Karabuk大学负责进行同行审查不应超过（wt.%）：C，0.10; Fe，0.30; Si，0.15; O2，0.20; N2，0.05; H2，0.015[3]。钛合金具有高强度重量比、高温强度，并且由于钛合金与几乎所有切削工具材料具有化学反应性，并且其低导热性和低弹性模量损害了可切削性，因此难以使用常规机加工工艺对钛进行机加工[4，5]。Dornfeld等人[6]研究了使用常规加工对钛合金的不良加工非传统的热电火花腐蚀加工工艺，通常称为电火花加工（EDM），已成功地用于有效地加工钛及其合金，而不管它们的化学和机械性能如何。在EDM中，电极和工件不彼此接触以用于材料的加工，并且材料去除机构使用电能，该电能通过在阴极（工件）和阳极（电极）之间获得的一系列离散的放电能量转化为热能，这些放电能量沉入绝缘电介质液体中。因此，钛、镍、陶瓷和铁合金等硬质金属可以使用电火花加工进行有效加工。对于电火花加工来说，选择合适的工艺参数是很重要的。工艺参数的不适当组合可能导致较低的http://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2015.03.0092215-0986/©2015 Karabuk University.由爱思唯尔公司制作和主持这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。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/jestchM. Kolli，A. Kumar/工程科学与技术，国际期刊18（2015）524e535525MRR、增加的SR、高的刀具磨损率（TWR）、更高的RLT，这强加了更高的加工成本。通过找到电火花加工中可用工艺参数的正确组合来优化电火花加工工艺参数，将提高加工生产率和可靠性。此外，为了使用EDM提高钛合金的加工效率、材料去除率和表面粗糙度，同时减小重铸层厚度，许多研究人员尝试了不同的技术，例如超声振动辅助EDM（UVAEDM）[7]、旋转辅助EDM（RAEDM）[8]、磁辅助EDM（MAEDM）[9]和超声旋转辅助EDM（URAEDM）[10]、气体辅助EDM（GAEDM）[11]、低温辅助EDM（CAEDM）[12]和粉末混合EDM（PMEDM）[13，14]。然而，已经发现很少有关于在EDM上将粉末添加到电介质中的报道。而在钛合金表面活性剂和石墨粉混合电火花加工方面的工作非常有限[15，16]。例如，Takashi et al.[7]发现，工件的超声振动运动通过将碎屑推开并吸入新的新鲜电介质，改善了浆料循环和高频泵送作用，显著改善了放电循环，提高了它们的效率，并提供了更高的MRR和更低的TWR。紫外线在电火花加工中起着双重作用，例如直接有助于材料去除，并为电火花加工的表面抛光提供更好的加工条件。Chow等人[8]检查了在Ti-6Al-4V上使用改良的旋转圆盘铜电极进行的微缝操作，并在电火花加工过程中将Al和SiC粉末分别添加到电火花加工中作为电介质。采用负极性。已经观察到，由于添加粉末，电极和工件之间的间隙略微增加。这增加了MRR，并以几个增量分散了几次放电，因此碎片的颗粒尺寸减小，使得它们随着SR的增加而容易去除。当添加到煤油中的SiC比添加到铝中时，MRR更大Govindan等人[11]研究了使用氦气电介质的干式EDM;他们观察到获得了较低的MRR和TWR。类似地，使用氦气电介质的干燥EDM表面的SEM显微照片显示出一些微裂纹并具有发光外观，这表明使用氦气产生的表面的质量比氧气更好。阿卜杜勒卡里姆等人[12]研究了低温冷却的效果对Ti-6Al-4V电火花加工过程中铜电极的TWR和SR的影响。本文研究了液氮降低铜电极的温度，从而减少铜电极的熔化和汽化。它还改善了铜的导电性和导热他们还观察到TWR和SR由于有效的热传递远离电极而降低Jeswani等人[13]研究了在EDM过程中将石墨粉添加到用作电介质润滑剂的煤油中的效果。据观察，添加石墨粉煤油改变了液体的电离-去离子特性，允许更多的火花放电每单位时间。击穿电压的降低导致更高的放电频率，这又增加了MRR。Kibria等人[14]比较了在使用电火花加工Ti-6Al-4V微孔过程中，煤油、去离子水以及在煤油和去离子水中混合B4C粉末等各种溶剂的效果已经注意到，MRR和TWR更多地使用去离子水而不是煤油。当使用B4C粉末混合煤油时，去离子水使MRR增加，而煤油使TWR降低还观察到，与煤油相比，在去离子水的情况下，RLT较小。为了改善放电间隙中的循环，避免颗粒团聚，在介质悬浮液中加入了石墨粉和表面活性剂等添加剂。在加工期间在加工过程中，进入放电间隙的颗粒容易击穿电压，这通过增加放电间隙和通道而降低了绝缘强度，并且在整个加工过程中均匀地放电。因此，工艺变得更加稳定;从而提高了加工效率，降低了表面粗糙度，重铸层厚度并提高了材料去除率。迄今为止，研究者们已经尝试将各种表面活性剂和粉末添加到不同材料的介电介质中。例如，Murahari和Kumar [15，16]研究了添加在电介质中的添加剂对钛合金电火花加工的影响。在其他参数不变的情况下，改变表面活性剂的浓度和放电电流，以测量对MRR、SR和TWR的影响。结果表明，随着表面活性剂浓度和放电电流的增加Kun Lin Wu等人[17]对SKD 61钢进行了表面活性剂与电火花加工混合的实验研究。通过改变放电电流、脉冲时间、开路电压和间隙电压等参数，研究了在电介质中加入表面活性剂后，提高导电率和加工效率的效果。据观察，在跨度20的情况下，MRR高于跨度80。浓度为30（g/lit）的跨度为20时获得最大MRR。在对SR影响不大的情况下，MRR比纯煤油高40%.Wu等人[18]研究了使用三种纯煤油的EDM对SKD 61钢表面抛光的改善;铝粉添加煤油和煤油与铝粉和表面活性剂添加电介质。结果表明，在电介质中添加铝粉和添加表面活性剂，可以降低绝缘性，增大电极间的间隙。当电火花加工过程中同时添加铝粉和表面活性剂时，由于铝粉分散性好，放电能量分布均匀，可以获得较薄的优化重铸层。A.S.Dukhin和P.J. Goetz [19]进行了将非离子表面活性剂和5%氧化铝AKP30添加到非极性液体（煤油）中的实验研究。将Span 20和Span 80表面活性剂与水和煤油进行比较。结果表明，在煤油中加入5%的Al2O3和Span 20比Span 80具有更好的分散效果，其分散机理主要有两种：Span分子的解离和表观解离常数与HLB值的关系。Zhang等人[20]提出了一种与EDM混合的油包水乳化液（W/O）新工艺，并考虑了加工参数（如峰值电流、介电和脉冲持续时间），研究了它们对加工性能（如MRR、SR和相对刀具磨损率（RTWR））的影响。据观察，在MRR的增加提高了相对电极磨损率（REWR），由于高粘度的电介质润滑油，可以限制放电通道的扩展;脉冲力作用在雷区。对MRR结果的分析表明，放电电流的增加增加了放电能量和冲击力。Yanzhen Zhang等人[21]研究了电火花加工中使用的不同介电介质，并测量了重铸层的特性和其他加工参数的关系。结果表明，与煤油和去离子水相比，W/O乳液中形成的重铸层具有更大的表面粗糙度、厚度和显微硬度。Konig等人[22]研究了有机化合物的水溶液，例如用于Die SinkEDM的电介质工作介质。该工艺采用甘油与电介质混合，在放电电流、长脉冲宽度和高占空因数的工作条件下进行。得出的结论是，工具电极的磨损减少下的粗加工条件（高放电电流），改善了加工条件（MRR）。当水是介电介质时，526M. Kolli，A. Kumar/工程科学与技术，国际期刊18（2015）524e535×¼¼¼×表1Ti-6Al-4V合金的化学成分。元素C Al V N O Fe H Ti%最大值0.0146.074.020.00360.14970.030.0115余额表面粗糙度降低并且表面的金属特性劣化。采用L9正交试验设计，研究了不同浓度的表面活性剂和石墨粉对MRR、SR、TWR和RLT随放电电流的变化规律。进一步研究了表面活性剂、石墨粉和放电电流对加工表面元素存在的影响，并利用能谱仪（EDS）和扫描电镜（SEM）观察了表面形貌。2. 实验程序2.1. 工具和工作材料用 于 实 验 的 材 料 是 5 级 钛 （ Ti-6Al-4V ） 合 金 （ Mishra DhatuNigam Ltd. Hyderabad）。材料样品为矩形类型，尺寸为100 mm长、50 mm宽和5 mm厚。Ti-6Al-4V的化学成分和机械性能如表1和表2所示。选择铜作为具有14 mm直径和70 mm长度的电极材料，因为其高导热性和导电性。2.2.工艺参数在EDM工艺中，为了确定最佳工艺参数，需要考虑大量的输入工艺参数。考虑到相关研究，得出的结论是，放电电流、石墨粉和表面活性剂浓度等工艺参数对钛合金的电火花加工性能有明显的影响[15，16]。在进行主要的电火花加工测试之前，进行了先导实验在中试实验中，放电电流的变化范围在5至20 A之间，当放电电流保持在10 mA以上时，观察到MRR显著，当选择超过20 mA的电流时，其导致更高的MRR，需要选择数值[15，16，23]。在介电介质中加入1- 20 g/l的石墨粉进行中试实验，以研究MRR和SR的效果。从结果中可以看出，石墨粉浓度为14 g/l时，MRR和SR更好。因此，对于进一步的实验，石墨粉浓度固定在14 g/l。石墨粉末形态可以是表2Ti-6Al-4V合金的性能。属性值硬度（HRC）32e 34Fig. 1. 石墨粉末颗粒的SEM形貌（m）。如图所示。1.一、表面活性剂的浓度在0.25克/升和15.0克/升之间变化，但显示出超过10克/升浓度的表面活性剂在性能特征上没有显示出任何显著的改进。脉冲接通时间和脉冲关断时间的选择范围是基于中试实验和文献。因此，在这项研究中，这三个主要的电火花加工参数被选为可变的输入参数，通过保持其他工艺参数不变。石墨粉末和表面活性剂性质分别列于表3和表4本研究中选择的工艺参数的工作范围见表5。2.3.选择L9正交表考虑的工艺参数数量为3个，每个参数的水平为3。所有三个参数的自由度选定的正交表（OA）自由度（DOF）（即实验次数e1 9e1 8）必须大于所有因子的总DOF（6）。因此，本研究考虑L9（34）OA根据初步实验，所选工艺参数之间无相互作用。因此，本研究未考虑相互作用。每个实验进行三次试验，并给出这三个值的平均值以使纯实验误差最小化。选定的OA见表6。2.4.实验设置在EDM-50型电火花成形机上，采用Electronica PSR-20控制器进行了一系列的实验。图2显示了设备的照片，实验恒定参数列于表6中。电火花加工机床具有直流伺服系统。将工件牢固地夹在虎钳中并浸入EDM油中最大放电电流为20 A，功率因数为0.8，最小表面光洁度为0.8微米。在本实验研究中，电火花腐蚀450表3石墨粉的性质（平均尺寸：20微米）.参数符号数量熔点（℃）1649e 1660密度（g/cm3）4.43极限抗拉强度（MPa）897e 950导热系数（W/m K）6.7e 6.9比热（J/kgK）560平均热膨胀系数（W/kgK）8.6 × 10- 6体积电阻率（ohm-cm）170弹性模量（GPa）113e 114密度g/cm3 1.90e 2.30弹性模量Tpa 1强度Gpa 130电阻率mUcm-13 10- 3导热系数W cm-1 K-11.50热膨胀系数K-11 × 10- 1熔点K 3652e 3697 ℃M. Kolli，A. Kumar/工程科学与技术，国际期刊18（2015）524e535527¼3RtðÞ×3表4span 20表面活性剂特性。物业数量化学式C18 H34 O6分子量346.47（g/mol）密度1.032 g/ml，25 ℃（L）闪点>230华氏度（110摄氏度）相对指数n 20/D 1.4740（L）HLB值8.6含水量1.5（%）酸值4e8重金属（PPM）9.5e 10.0皂化值158e 170图二. 改进的实验装置。表5工艺参数的工作范围及其水平。符号EDM参数单位1级2级3级A放电电流A 10 15 20B表面活性剂浓度g/lit 4 6 8C石墨粉浓度克/升4.5 9 13.5EDM 油 （ 得 自 Electronica Machine Tools Limited ， Pune ，India）由于其高介电强度、高灰化点、较小的表面张力和较小的密度而用作介电介质。按照表7所示选择的L9OA进行实验。每个实验进行30分钟。在机加工之前，将工件和电极用丙酮并用各种砂纸（180e1600 grit）抛光其中：加工前工件材料的重量（g）加工后工件材料的重量（g）加工时间（min）Rw工件材料的密度（g/cm）。最大MRR是EDM流程效率和成本效益的重要指标。然而，高MRR并不总是对所有应用都是期望的，因为这可能会破坏工件的表面完整性。粗糙的表面抛光是高去除率的结果。在TWR值方面，通常使用以下等式：TWR是在以分钟为单位的加工时间段下的刀具重量损失（TWL），即，1000 ×1000 × 1000尺寸）。在实验期间使用负极性。2.5.性能特性计算电火花加工的性能特征，无论电极材料和电介质的类型如何，通常都是通过测量电火花加工的性能参数来确定的以下标准：塔加mm3，mi nm2 . g，cm3cmTWL（mm3/min）¼（TbeTa）其中：公司简介● 材料去除率（MRR）（mm/min）加工前工具材料的重量（g）加工后工具材料的重量（g）● 表面粗糙度（Ra）3加工时间（min）3● 刀具磨损率（TWR）（mm/min）● 重铸层厚度（mm）MRR被定义为在一段以分钟为单位的加工时间下的工件重量损失（WWL），即工具材料的密度（g/cm）。TWR的概念可以用不同的方式定义，在本研究中，TWR是根据电极的重量损失定义的，因为该定义是研究者中最常用的TWR的最小值总是成为目标MRR .mm3，minWWLg 10001/4rw.g，cm3×Tmmin在许多研究中，它表示电极形状的最小变化，这导致产品的更好精度通过使用表面粗糙度测试仪（Handysurf）WWL（mm3/min）¼（Wb表6eWa）仪器）。表面粗糙度是给定表面的粗糙度或光滑度。在这项研究中，它是用Ra（粗糙度平均值）来衡量的，Ra是a使用L9（34）正交阵列的实验布局表7实验设置。工作参数描述工件材料Ti-6Al-4V工件尺寸100 mm×50 mm × 5 mm电极材料和尺寸电解铜电极尺寸f14 mm× 70 mm电极极性反转（反极性）电火花加工油450放电开路电压110 V放电间隙电压65 V冲洗压力0.75 MPa加工时间30分钟S. 没有工艺参数放电电流（A）表面活性剂浓度（B）石墨粉浓度（C）111121223133421252236231731383219332528M. Kolli，A. Kumar/工程科学与技术，国际期刊18（2015）524e535从评估长度的中心线测量的工件表面。机加工后，使用线切割EDM机对样品进行横截面切割。将横截面样品镜面抛光，并施加合适的蚀刻剂（蒸馏水，HF和HNO3，20：1：1）用于显微结构观察。而线切割电火花加工中，试样在切割过程中，其微观结构区域会发生变化包埋样本为在镜面抛光之前，研磨相对较长的时间以去除重铸层和由线EDM工艺引起的热影响区。通过使用图像分析软件，发现样品的重铸层不均匀。对于每个样品，在四个不同位置测量重铸层厚度，然后取平均值[24]。 图 3显示了重铸层的SEM显微照片。所有SEM图像都是在相同条件下拍摄的。图三. EDM处理的RLT样品的SEM显微照片。M. Kolli，A. Kumar/工程科学与技术，国际期刊18（2015）524e535529“X“X我2.6.确定最佳输出性能条件及其参数田口技术对于处理受多个参数影响的响应是非常有效的。这是确定最佳工艺参数的简单、有效和高效的方法。它是一个强大的实验设计工具，大大减少了建模和优化响应所需的实验数量。这也节省了大量的时间和实验成本。田口方法设计用于工艺优化和确定给定响应的工艺参数的最佳水平。在田口方法中，各种响应的实验值进一步从信噪比（S/N）转换。要最大化的响应被称为“越高越好”，而要最小化的响应被称为“越低越好”[25 e 27]。田口使用S/N比来测量响应与平均值的偏差。“越高越好”和“越低越好”特性的S/N比分别使用等式（1）和（2）计算，（10.53%）。图4（A）所示的主要信噪比响应图表明，MRR随放电电流的增加而增加。放电电流越高，放电能量也越高。因此，较高的放电能量分配到较高的熔化温度，导致高蒸发和高冲击力作用于与较高MRR相关的加工区域[28]。因此，在钛合金电火花加工中，较大的放电电流是获得较高材料去除率的关键因素。span 20表面活性剂浓度对MRR的影响如图所示。 4（B）。 材料去除率最初随着表面活性剂浓度的增加而增加，然后随着表面活性剂浓度的进一步增加而降低。已知增加表面活性剂浓度会增加介电胶体的 电 导 率 、 表 面 张 力 、 颗 粒 的 分 散 性 和 溶 解 性 ， 从 而 增 加MRR[19]。 增加亲水亲脂平衡（HLB）值复制了表面活性剂的更大极性，并且由于该跨度20，将表面活性剂添加到EDM油（非极性基团）中，同时亲水性头部基团吸收石墨颗粒的表面，并且疏水性尾部延伸到介电胶体。附聚的石墨颗粒将被h¼-10log10h¼-10log101Nni¼11Nni¼112我y2#（一）（二）因为立体声障碍的存在或参与[18]。研究了表面活性剂浓度对石墨粉在介质中均匀分布的影响.表面活性剂的浓度增加了介电流体的粘度，因为被侵蚀的材料难以存在于加工区域中。MRR的降低是由于粉末颗粒、范德瓦尔力、静电力、颗粒尺寸、放大率的影响。其中，h表示实验值的S/N比，表示第i个实验的实验值，n是实验总数。通过使用上述方程，可以计算MRR、SR、TWR和RLT的L9正交表的每个实验的加工性能的S/N比值，并且这些值在表8中给出。通过使用实验结果并计算出S/N比值，计算MRR、SR、TWR和RLT的平均效应响应值和平均S/N响应比值，并在表9中列出。信噪比、MRR、SR、TWR和RLT的响应图见图1A和1B。4E 7分别。较高的S/N比值对应于较好的性能。因此，用于最高S/N比值的参数将是最佳水平参数。3. 结果和讨论3.1. 材料去除率表 9 显 示了 基 于 正交 表 的 MRR 实 验结 果 及 其相 应 的 信噪 比（S/N），其方差分析（ANOVA）结果列于表10中。方差分析结果和F检验值表明，与表面活性剂浓度（5.97%）和石墨浓度等其他因素相比，放电电流（81.83%）是最重要的和表面特性[29]。这种类型的有机成分具有分子结构大，在介质中容易分解，产生更多的气体和碳渣，影响加工区[30]。石墨粉浓度对MRR的影响如图所示。 4（C）。该图表明，MRR值随石墨粉浓度的增加而当将粉末添加到介电胶体中时，粉末颗粒得到能量化，并且当在电极两端施加电压时以Z字形方式表现。它们在火花隙中形成链状结构该链条有助于桥接工件和电极之间的间隙。这也降低了间隙电压和介电流体的介电强度，并且这引发了串联放电。火花频率随着碎片有效地远离间隙的改进的驱离而增加。这导致由于导热性的增加而在火花区域下的有效放电transmittance。因此，在粉末混合介电胶体中MRR增加[18，31]。图 4显示了A3B2C3参数，即在放电电流为20 mA、表面活性剂浓度为6 g/L、石墨粉浓度为13.5 g/L的条件下，可获得较好的MRR。此外，已开发的经验模型，预测MRR值使用回归分析，包括在模型中的平方项其回归方程为表8MRR、SR、TWR和RLT的平均结果Ex编号放电电流（A）表面活性剂浓度（g/升）石墨浓度（g/lit）aMRR（mm3/min）aSR（Ra）（mm）aTWR（mm3/min）aRLT（mm）11044.52.80451.90.8513.26210693.96302.40.6621.78310813.53.60573.00.3516.98415495.25032.81.3520.39515613.55.56253.21.222.9761584.54.47363.81.5321.83720413.55.93673.41.920.8482064.55.51803.72.323.66920895.19234.22.1523.78a瓣膜平均#y530M. Kolli，A. Kumar/工程科学与技术，国际期刊18（2015）524e5352-1/421/2--þ¼¼--2表9MRR、SR、TWR和RLT的平均结果及其相应的S/N比。SL. 无MRR（mm 3/min）信噪比（dB）SR（Ra）（mm） 信噪比（dB）TWR（mm 3/min）信噪比（dB）RLT（mm）信噪比（dB）12. 80458. 95711. 9- 5. 580.851. 4113. 26- 22. 452.9630 11.9605 2.4-7.60 0.66 3.61 21.78-26.762019 - 05 - 26 10：00：002019 - 05 - 25 10：00：005 5.5625 14.9054 3.2-10.10 1.20-1.58 22.97-27.222019 - 06 - 21 10：00：002019 - 05 - 25 10：00：002019 - 05 - 26 10：00：009 5.1923 14.3072 4.2-12.46 2.15-6.64 23.78-27.52MRR6.300.826A1.12B0.146C0.0210A * A0.101B * B0.00420 C * C，R-Sq 99.5%，模型的R和R adj值在预测MRR值的可接受变异范围内。3.2.表面粗糙度表 9 显示 了 SR 的基 于正 交表 的实 验结 果及其 相应 的信 噪比（S/N），其方差分析（ANOVA）结果列于表11中。方差分析结果和F检验值表明，最重要的参数是放电电流（65.00%）和表面活性剂浓度（34.00%）。 图 δ（A）表示放电电流与表面粗糙度之间的关系。实验结果表明，在脉冲通断时间不变的情况下，随着放电电流的增加，表面粗糙度有逐渐增大的趋势表面粗糙度与放电电流有关，影响材料的熔化、蒸发和排气去除。较低的放电电流导致较低的能量。较低的放电能量导致放电区上的冲击力较小，并导致在加工表面上形成小凹坑和小空腔，从而导致高表面光洁度[32]。高的放电电流产生高的放电能量，可以在等离子体通道中达到可能扩大的熔化，更多的材料形成在放电间隙上。高冲击力使加工表面形成更深、更大的凹坑，更多的熔融材料被去除，从而获得粗糙表面。放电电流增加，表面粗糙度增加，这增加了加工效率[33]。图图5（B）示出了表面粗糙度随跨度20的变化添加在介电介质中的表面活性剂浓度。结果表明，随着Span 20表面活性剂浓度的增加，表面粗糙度增大，从而消除了表面活性剂的聚集现象。粒子当添加时，表面活性剂在介电介质中起不同的作用。这些措施包括润湿粉末、置换截留的空气和颗粒簇的解聚或破碎，这防止了分散颗粒的再聚集[34，35]。因此，表面粗糙度随着浓度的增加而增加。图图5（C）表示石墨粉末的浓度与表面粗糙度之间的关系。添加到介电介质中的石墨粉末容易使绝缘体塌陷，这降低了介电介质的电阻率并增加了放电间隙，从而降低了放电通道的脉冲力[18]。 这种对加工间隙的影响产生了从工件到刀具的高等离子体通道（高传热），这增加了材料去除率[36]。机加工表面显示出尺寸不均匀的碎屑和凹坑，导致表面抛光减少。经过电介质切割后，石墨粉浓度增加，加工间隙减小. 因此，它大大增加了导电性和冲击力，导致高放电能量密度和高气体爆炸。当气体爆炸开始时，发生熔化和蒸发，等离子体区扩展。后加工表面有大的，更深的坑，这增加了表面粗糙度。图 5显示了A1B1C1参数，即结果表明，在放电电流为10 mA、表面活性剂浓度为4g/L、石墨粉浓度为4.5g/L的条件下，合成的表面活性剂具有较好的分散性进一步的经验模型已被开发来预测SR值使用回归分析，包括在模型中的平方项。回归方程为SR0.9440.333A0.008B0.0222C0.00667A * A0.0208B * B0.00165C * C，R-Sq 99.6%，模型的R和R adj值在预测SR值的可接受变异范围内。见图4。 材料去除率的S/N响应图。图五. 表面粗糙度的信噪比响应图。M. Kolli，A. Kumar/工程科学与技术，国际期刊18（2015）524e535531-- -¼联系我们表10MRR的ANOVA源DFSSMSFP贡献百分比一27.263.6349.270.02081.83B20.530.263.590.21805.97C20.930.476.340.13610.53误差20.150.0701.67总8100表11SR的ANOVA分析源DFSSMSFP贡献百分比一22.621.36175.000.00665.00B21.410.7091.000.01134.00C20.130.030.0570.6380.70误差20.040.000.30见图6。 刀具磨损率的信噪比响应图。总81003.3.电极磨损率TWR的实验值及其信噪比见表9。 根据正交表的实验，响应图的S/N比越高，表明该过程的性能越好。相应的ANOVA结果和F检验值列于表12中，工艺参数在以下条件下也具有显著性：95%的置信水平。图6（A）揭示了随着放电电流的增加，TWR增加。当放电电流增加时，脉冲能量也增加，因此在工件e电极界面中产生高热能，这导致工具的熔化和蒸发增加，从而导致TWR增加。从图如图6（B）所示，很明显，表面活性剂浓度的增加降低了TWR。由于表面活性剂的加入，介电介质中的TWR呈线性下降由于加工过程中产生的小电弧导致的电子的剧烈运动可能会使进给方向反向以保持更大的间隙，因此，大多数（ve）离子很容易穿过加工间隙并导致较低的TWR[37]。图6（C）表示石墨粉末和工具磨损率之间的关系。结果表明，随着石墨粉浓度的增加，TWR降低由于添加到EDM油中的石墨粉末干扰了附着在电极表面上的核素的粘附由于石墨颗粒的存在，放电能量和更好的放电强度传导导致标称TWR。Kansal等人报告了类似的结果和Kibria et al.[14，31]他们发现粉末的性质（即，浓度、尺寸、密度、电阻率和热导率）显著影响适量粉末对介电介质的机械加工性能，从而降低TWR。图6显示了A1B3C3参数，即放电电流为10A，表面活性剂浓度为8g/L，石墨粉浓度为13.5g/L分别是TWR的最佳条件。进一步的经验模型已经开发出预测TWR值使用回归分析，包括在模型中的平方项。 回归方程是TWR 0.743 0.140A 0.092 B 0.019C 0.0002A *A0.008 B * B 0.001 C * C，R-Seq 99.8，R2和R2adj值在预测TWR值的可接受变异范围内。3.4.重铸层厚度表9显示了RLT 的基于正交表的实验结果及其相应的信噪比（S/N），其方差分析（ANOVA）结果列于表13中。方差分析结果和F检验值表明，最显著的因素是放电电流（50.88%）和表面活性剂浓度（32.32%）。图7中的S/N响应图显示，RLT随着放电电流和表面活性剂浓度的降低而降低。换句话说，在钛合金电火花加工中，石墨粉浓度（11.03%）是获得较低重铸层厚度的一个不太重要的因素图7（A）表示放电电流和重铸层厚度之间的关系。实验结果表明，由于钛材料的性能与钢等材料不同，放电电流的增加会增加重铸层的厚度。钛具有高电阻率和低热导率，见图7。 重铸层厚度的S/N响应图。表12TWR的ANOVA分析源DFSSMSFP贡献百分比一2174.2087.1034.840.00275.74B220.4510.234.090.04308.71C230.7315.366.140.02613.39误差24.992.5002.16总8100532M. Kolli，A. Kumar/工程科学与技术，国际期刊18（2015）524e535¼¼-我的天表13RLT的ANOVA分析源DFSSMSFP贡献百分比一249.7024.8613.790.06850.88B232.5816.299.040.10032.32C29.184.592.550.28211.03误差23.601.8005.77总8100放电电流被施加到加工区，因此材料温度和电阻率增加[8]。在这些具有恒定脉冲持续时间的实验中，产生一定量的放电能量，该非生产性热被传递到工件材料，从而导致高温。放电电流越小，放电能量越小，熔化温度越低，蒸发量越少，作用在加工区域的冲击力越小，形成的波纹状重铸层越小。因此，机械加工表面的碎片被容易地和快速地从机械加工区域排出。一些熔化的材料粘附在阴极和阳极上，产生裂纹和孔隙。放电电流随着放电能量的增加而增加。较高的放电能量产生较高的熔化温度、增加的结晶度和作用于加工区的高冲击力，这影响较高的不均匀重铸层;因此在工件表面上形成微裂纹和孔隙。如图7（B）所示，实验结果以重铸层厚度随添加在介电介质中的span 20表面活性剂浓度的变化来描绘。当没有表面活性剂添加到介电胶体中时，重铸层厚度非常高。此外，重铸层厚度随着span 20表面活性剂浓度的增加（4e6 g/升）而减小，并且在4g/升的表面活性剂下获得较低的重铸层当表面活性剂浓度高于6克/升时，重铸层厚度增加。这些实验结果支持了先前研究人员的观察[17，18]。如前所述，当span 20表面活性剂混合在介电胶体中时，它改善了粘度、表面张力和介电强度。随着表面活性剂浓度的增加，总体介电浓度增加，并且一些颗粒在加工表面上附聚石墨粉浓度在加工表面重铸层厚度上的变化如图7（C）所示。实验结果表明，随着石墨粉浓度的增加，重铸层厚度增加此外，当石墨粉末浓度增加时，重铸层厚度将略微减小原因可能是加工表面上的石墨粉末浓度效应，其产生高放电能量、高点火火花并降低介电介质的击穿强度[38，39]。当将石墨粉末添加到介电介质中时，高压作用于加工区，并导致放电通道间隙和等离子体通道增加[40]。此外，熔融材料和粉末颗粒容易被挤压;减少重铸层。当介质中加入较低浓度的石墨粉时，加工表面、重铸层厚度不均匀，形成较大的起伏层。但是，在重铸层表面上形成各种裂纹和孔隙。此外，如果在机械加工中添加高浓度的石墨粉，则重铸层厚度可以是均匀的，并且形成小的起伏层[41]。另一个原因是添加到电介质中的石墨粉末颗粒的浓度高，并且颗粒在加工表面上均匀分散，具有恒定的脉冲开启时间和脉冲关闭时间。这减小了重铸层厚度。图图7示出了A1B1C1参数，即最佳条件为：放电电流10 mA，表面活性剂浓度4g/L，石墨粉浓度4.5g/L。此外，还开发了经验模型，使用回归分析预测RLT值，包括模型中的平方项。 回归方程为RLT四 十 一 点七2.64A10.7B1.91C0.0699A * A0.839B * B 0.101C * C，R-模型的Sq 96.5%、R2和R2 adj值在预测RLT值的可接受变异性范围内。3.5.确认试验在得到电火花加工工艺参数集的最优条件后，对优化条件进行了处理，以检验电火花加工性能参数的改善情况。并将验证试验结果与正交试验结果及设计运行参数预测值进行了比较。表14显示了使用初始（正交表）和最终（预测设计）EDM工艺参数对钛合金进行的实验结果比较。3.6.表面形貌图图8（A&和B）示出了在放电电流10 A下使用表面活性剂4 g/升和粉末浓度5 g/升与EDM工艺混合的机械加工表面的SEM显微照片。加工表面呈现出不规则的化合物结构、磨屑滴、浅坑和微孔。扫描电镜观察表明，加工表面形成了重铸层和微裂纹表面裂纹的形成可归因于[42] RLT内收缩应力的变化以及表面活性剂和石墨粉末对介电介质的影响。产生更多的放电能量，排出更多的材料，导致频繁的开裂。这导致了更高的密度，表14验证性能结果。参数最佳条件预测最佳值实验值MRR（mm3/min）放电电流（20 A）6.366.84表面活性剂（6 g/升）石墨粉（13.5克/升）SR（mm）放电电流（10 A）表面活性剂（4 g/升）1.901.95EWR（mm3/min）石墨粉（4.5克/升）放电电流（10 A）0.380.35表面活性剂（8克/升）石墨粉（13.5克/升）RLT（mm）放电电流（10 A）表面活性剂（4 g/升）13.8613.30石墨粉（4.5克/升）M. Kolli，A. Kumar/工程科学与技术，国际期刊18（2015）524e535533见图8。A &B在放电电流为10 A、表面活性剂浓度为4 g/l和石墨浓度为4.5 g/l的条件下的加工表面特性。（在低表面粗糙度条件下，（A）低放大率和（B）高放大率）。在20 A放电电流、表面活性剂浓度6 g/l和石墨13.5 g/l下的C D加工表面特性（在高材料去除率条件下，（C）低放大率和（D）高放大率）。在加工区域附近聚集的小珠导致表面光洁度较差。图图8（C &D）示出了在表面活性剂6 g/升和粉末浓度为13.5g/升的情况下，机械加工表面的SEM显微照片，其中粉末浓度为13.5g/升，放电电流为20 A的电火花加工过程。随着放电电流的增加