聚晶金刚石的混铁粉电火花加工方法研究

贾志新 张凯悦 王 津

北京科技大学机械工程学院,北京,100083

0 引言

聚晶金刚石(polycrystalline diamond, PCD)是一种在高温高压条件下,由金刚石微粉与用作催化剂的金属均匀混合并烧结在硬质合金基体上的超硬材料[1]。PCD因高硬度与耐磨性而被广泛应用于切削加工、地质钻探、石材加工等领域的工具制备。由于PCD硬度高,对其加工比较困难,故目前主要的加工方法是金刚石砂轮磨削和电火花加工。金刚石砂轮磨削加工精度高,但是加工效率低,同时因砂轮损耗大而导致加工成本较高;电火花加工成本低[2],但因PCD导电性较差而导致加工效率低。IWAI等[3]利用宽度2.2 mm的窄电极,通过超声辅助电火花加工PCD,虽然加工效率得到提升,但是电极尺寸较大时会给超声振动带来困难,不适用于较大面积的PCD加工,而且这种方法存在噪声污染。

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一些学者通过向工作液中添加导电粉末来改进电火花加工工艺。PECAS等[4]发现硅粉能够提高电火花加工的材料去除率(material removal rate, MRR)并且降低加工表面粗糙度。YEO等[5]发现碳化硅粉末能够降低加工表面粗糙度。CHOW等[6]通过向纯水中添加碳化硅粉末来提高电火花加工钛合金的MRR值和降低表面粗糙度。PRIHANDANA等[7]利用二硫化钼粉末来提高电火花加工铜钨合金的MRR值。KUANG等[8]研究铝粉对电火花加工的影响,发现随着铝粉浓度的增加,MRR值先增大后减小。TZENG等[9]研究了铝、铬、铜和碳化硅粉末对电火花加工模具钢的影响,发现粉末的浓度、粒度、密度、电导率和热导率均会对加工性能产生影响。JAHAN等[10]发现石墨粉能够降低电火花加工钴钨硬质合金的表面粗糙度,而铝粉能够增大放电间隙并提高MRR值。PRIHANDANA等[11]利用纳米尺度石墨粉提高了超声辅助电火花加工精度。LIEW等[12]利用碳纳米纤维提高了电火花加工碳化硅的MRR值。

不同的导电粉末(硅、碳化硅、二硫化钼、铝、铬、铜、石墨和碳纳米纤维粉末)在电火花加工不同材料时(钛合金、铜钨合金、模具钢、钴钨硬质合金和碳化硅)时提高了MRR值,然而鲜有针对PCD材料混粉电火花加工的研究报道。PCD的电火花加工材料去除方式具有特殊性,因为它是由金属和不导电的聚晶金刚石微粉烧结而成的,电火花加工时放电发生在PCD中的金属材料与工具电极之间,金刚石微粉不参与放电。需要研究在煤油中混入导电粉末的方法是否能提高MRR值,并分析加工参数对MRR值和加工表面粗糙度的影响。另外,与以往研究不同,本文采用铁粉作为导电粉末混入煤油工作液中,铁粉具有导磁性,配合电磁铁能够为铁粉的回收提供便利,有利于今后该方法的实用化。本文首先分析混铁粉电火花加工PCD的材料去除机理,通过实验验证该方法提高MRR值的可行性,并分析工作液中铁粉浓度对MRR值和加工表面粗糙度的影响规律;然后研究峰值电流、脉宽、脉间和伺服电压对MRR值和加工表面粗糙度的影响规律,并得到在保证加工表面粗糙度的前提下使MRR值最大化的最优电参数值组合,为提高电火花加工PCD效率提供有效手段。

1 混铁粉电火花加工PCD方法

通过实验初步探究未添加铁粉的煤油工作液中电火花加工PCD的工件材料去除方式。电火花加工时放电发生在PCD表面金属材料与工具电极之间,金刚石微粉不参与放电。火花放电瞬间高温去除PCD上放电点处的金属材料,并使放电点附近的金刚石颗粒部分熔化、汽化,或者石墨化、氧化,由于金刚石颗粒熔沸点高,且不直接参与放电,故通过这种方式只能去除少量金刚石颗粒材料。随着金属材料的不断去除,它对金刚石颗粒的固结作用失效,部分金刚石颗粒从基体脱落,这是去除金刚石材料的主要方式。一定时间内有效放电比率(正常火花放电数量与极间施加电压脉冲总数的比值)越高,放电直接去除金属和金刚石的速度越快,金刚石颗粒脱落的速度也越快,MRR值越大。如图1a所示,放电刚开始时,新PCD复合片表面金属含量较高,容易形成火花放电,有效放电比率较高,所以MRR值较大。如图1b所示,随着加工的进行,PCD表面金属材料因被蚀除而减少,且金属材料与电极之间间隙变大,形成火花放电的难度增大,导致有效放电比率降低,MRR值减小。随着金刚石颗粒的脱落,露出的金属材料增加,且电极向工件进给使电极与金属材料间的距离减小,有效放电比率回升,再继续上述过程,如此循环,直到加工结束。

(a)新PCD复合片电火花加工示意图

通过实验验证上述分析的正确性。取新PCD复合片并采集其表面SEM图片,然后对其进行电火花加工,采集加工过程电压电流波形并在线计算其有效放电比率(一个采集周期内正常放电数占总放电数的百分比),当有效放电比率明显下降时停止加工,采集此时PCD复合片表面SEM图片。电火花加工PCD复合片的实验条件见表1。SEM检测结果如图2所示,由于金刚石晶体不导电,它在SEM下表现为亮白色,故SEM图片越亮,说明PCD复合片金属材料含量越少。图2a所示新PCD复合片表面SEM图片颜色较深,图2b所示电火花加工后的PCD复合片表面颜色较亮,说明新PCD复合片表面金属材料含量较高。

表1 PCD复合片表面金属含量和有效放电比率关系的实验条件

(a)新PCD复合片表面SEM图

原因是当ρ<2 g/L时,铁粉微粒浓度较小,对放电的促进作用有限,此时提高MRR值的主要因素是附着在PCD复合片表面凹坑及金刚石单晶表面的铁粉增加了放电面积,且随着铁粉浓度的增加,它对放电的促进作用显著增强。当ρ为2～25 g/L时,附着于PCD片表面铁粉微粒对MRR值的促进作用趋于饱和,而煤油工作液中的铁粉微粒对电场的影响效果开始变得明显,并成为进一步促进放电的主要因素。当ρ>25 g/L时,工作液中铁粉对放电的促进作用也趋近饱和,此时再向煤油工作液中加入铁粉微粒,部分铁粉会沉淀在加工槽底,煤油工作液铁粉含量的增加不明显,故MRR值保持稳定。在实际加工过程中,ρ过高容易导致油泵内部油路堵塞,损坏循环系统,并且可能会导致拉弧的产生,因此,本实验铁粉质量浓度最高为50 g/L。

式中,j为水平重复数;T为数据总和;n为数据总个数;r为因素水平数。

进行一系列电火花加工PCD复合片实验,研究铁粉浓度和电参数(峰值电流、脉宽、脉间、伺服电压)对MRR值和加工表面粗糙度的影响规律,进一步通过正交试验优化电参数。

2 实验装置与方案

实验在数控电火花PCD磨片机床上进行,图4为实验装置示意图。加工过程中,PCD复合片固定在机床工作台上,由工作台伺服系统实现X、Y方向移动,工具电极固定于机床主轴上,由主轴系统实现Z轴方向运动。由油泵向中空的紫铜电极提供一定浓度的混铁粉工作液。加工时,机床工作台带动油槽做摇动,消除电极中空带来的影响。本实验加工用PCD片直径48 mm,厚度5 mm,其中,PCD复合层厚度2 mm,金刚石颗粒直径8～10 μm,铁粉颗粒直径0.5～10 μm。

图4 混铁粉电火花加工PCD复合片装置示意图Fig.4 Schematic diagram of mixed iron powder EDM device for processing PCD composite sheet

机床采用高低压混合放电,高压200 V,低压70 V,搅拌用直流电机电压4～5 V,齿轮泵功率40～55 W。进行单因素实验,实验参数包括铁粉浓度、峰值电流、脉宽、脉间、伺服电压,通过测量加工前后工件质量并除以加工时间来计算工件的MRR值,利用粗糙度仪测量加工表面粗糙度。

3 实验结果和讨论

3.1 铁粉质量浓度对MRR值和表面粗糙度的影响

首先通过实验验证工作液中混铁粉是否能提高电火花加工PCD的MRR值,本研究以机床厂家提供的最优加工电参数为基础,在清澈电火花加工液中逐次加入一定量的铁粉微粒,分别采集PCD复合片加工过程中极间电压电流波形并实时计算有效放电比率,研究MRR值随加工液铁粉质量浓度增大的变化规律。

实验电参数与表1相同,加工时间为3 min,图5所示为MRR值和铁粉质量浓度ρ的关系。可见当ρ<2 g/L时,MRR值随ρ的增加而快速增大;当ρ为2～25 g/L时,MRR值随ρ的增加而缓慢增大;当ρ>25 g/L时,MRR值基本保持稳定状态,随铁粉质量浓度的增大变化微小,ρ=37.5 g/L时MRR值最大。实验结果表明,在工作液中添加铁粉能够明显提高MRR值。

2）本实验中的混合菌群在原油降解的前期对中链、长链烃降解效果较好；而在降解的后期对短链烃的降解效果较强.

图5 工件材料MRR值和铁粉浓度的关系Fig.5 Relationship between material removal rate MRR and iron powder concentration

根据采集的加工过程极间电压电流波形和计算得到的有效放电比率来分析铁粉质量浓度ρ对MRR值的影响。通过清澈工作液、ρ=2 g/L工作液及ρ=37.5 g/L工作液下加工过程电压电流波形和有效放电比率来分析ρ对MRR值的影响机理。

如图6a所示,当未添加铁粉(ρ=0)时,部分电压脉冲下并未产生火花放电电流;如图6b所示,有效放电比率集中在40%～85%。如图7a所示,当ρ=2 g/L时,所有电压脉冲均可击穿绝缘介质,形成火花放电,但是击穿延时较大,部分放电的击穿延时占比脉宽超过50%;如图7b所示,有效放电比率主要集中于60%～85%,比清澈工作液条件下有了明显提高。如图8a所示,当ρ=37.5 g/L时,所有电压脉冲都可形成火花放电,且击穿延时明显缩短;如图8b所示,有效放电比率稳定在75%～85%。

(a)加工液中电压、电流波形

(a)加工液中电压、电流波形

图2a和图2b所示的PCD复合片所对应的电火花加工电压电流波形如图3所示,横轴为采集的电压和电流数据点的数量,代表采集时间,每个通道的采集频率为250 kHz。对极间电压进行分压,使其在采集卡电压输入范围,电压波形数值乘以24为极间电压实际值,单位为V;电流波形数值乘以3.5为电路中实际电流值,单位为A。由图3a可见新PCD复合片电火花加工时,极间施加电压脉冲时都能产生放电电流,即形成了火花放电,有效放电比率较高,则MRR值较高。由图3b可见加工一段时间后, 由于PCD复合片表面金属含量降低,很多高压脉冲波形下并未产生放电电流,有效放电比率较低,则MRR值较低。实验结果表明有效放电比率降低确实是PCD表面金属材料被蚀除而减少所致,与上述加工PCD机理分析一致。

白康等（2013）[5]研究发现，林麝正常期粪中睾酮含量较低，泌香初期含量开始急剧升高，至泌香盛期达最高峰，且明显高于正常期，泌香后期急剧下降，且雌二醇的变化规律与睾酮相似，而孕酮含量在整个泌香期呈无规律性变化。张争明等[6]对林麝泌香期血清性激素的研究发现，泌香初期血清雌二醇、睾酮和孕酮含量较低，泌香盛期均达到最高峰，泌香后期又都迅速降至与泌香前期接近的含量水平。由此可见，睾酮和雌二醇与麝的泌香反应密切相关。

图9所示为加工表面粗糙度和煤油工作液铁粉质量浓度ρ的关系,实验结果表明,加工表面粗糙度Ra无规则地分布于1.0～1.35 μm,且其变化与ρ的增加无关。由于电火花加工PCD复合片的主要材料去除方式是金属材料的熔化、汽化,以及与之伴随的金刚石颗粒的剥落,故影响电火花加工PCD复合片表面粗糙度的主要因素为金刚石颗粒的粒度,ρ对Ra几乎没有影响。

式中:CX为待测元素的浓度(单位%)，CMarix为基体元素的浓度(单位%，对于高纯金属CMarix=100%=1)， IX为待测元素同位素质谱线强度(单位cps)，IMarix为基体元素同位素质谱线强度(单位cps)。

图9 加工表面粗糙度与铁粉质量浓度的关系Fig.9 Relationship between Ra and ρ

3.2 峰值电流对MRR值及表面粗糙度的影响

当ρ=37.5 g/L时,PCD复合片的电火花加工效率最高,因此选取ρ=37.5 g/L的加工液,脉宽、脉间和伺服电压的参数值设置见表1,通过设置一系列峰值电流的值,探究峰值电流对MRR值及表面粗糙度的影响。MRR值和加工表面粗糙度与峰值电流的关系如图10所示。可见MRR值随峰值电流的增加而增大,但增加趋势逐渐减缓,当电流大于30 A后容易出现拉弧烧伤电极和工件,所以此时并未获得MRR值和加工表面粗糙度数据。在电火花加工过程中,随着加工电流的增大,单次脉冲放电产生的能量增大,MRR值增大。同时,随着加工电流的增大,极间介质温度升高,部分带电粒子消电离不完全,同时铁粉微粒使电场得到强化,因此在此处放电通道在较低电压下便可形成,减少了击穿延时,增加了有效加工时间,但在铁粉微粒附近形成的放电通道能量部分消耗于铁粉微粒的汽化及周围煤油工作液的电解与汽化,减小了MRR值增加速率。同时,由于极间介质消电离不充分,会产生部分拉弧放电,也会影响MRR值。

由图10可以发现,PCD复合片加工表面粗糙度Ra稳定在1.04～1.15 μm,受峰值电流影响较小。在正常加工条件下,影响Ra的主要因素为单晶金刚石颗粒粒度,实验结果出现小幅无规则变化,主要是由电火花放电的不确定性、单晶金刚石颗粒粒度及分布的随机性及测量误差引起的。

3.3 脉宽对MRR值及表面粗糙度的影响

高校网络远程教育是基于信息技术满足学习型社会及终身教育体系构建需求而逐渐兴起的。该教学模式是指为了实现特定目标，教育发展由各种相关要素集合并共同发挥某一整体功能的教育范式。随着互联网的普及和信息化在各行各业的渗透，高校网络远程教育已成为各高校教育模式的重要表达，并逐渐被社会上众多学习者接受。网络远程教育构成要素主要涉及在教学过程中进行交互及关联的核心构造，这些要素之间的关系及运行机制决定了远程教育质量的优劣。因此，从教育主体、教育资源及教学管理等维度探讨高校网络远程教育系统构成，并在此基础上优化其发展及运行机制，既是教育者们关注的问题，也是全社会共同关心的课题。

图11 工件材料去除率、加工表面粗糙度和脉宽ti的关系Fig.11 Relationship between MRR, Ra and pulse width ti

3.4 脉间对MRR值及粗糙度的影响

ρ=37.5 g/L时,峰值电流、脉宽和伺服电压的参数值设置见表1,设置一系列脉间值,得到图12所示的MRR值、加工表面粗糙度与脉间to的关系。可以看出,MRR值随脉间的增加先增大后减小,在120 μs时达到最大值。当脉间较小时,极间消电离不充分,拉弧放电较多,导致MRR值较小;随着脉间的增加,极间消电离得到改善,正常放电数占比增加,MRR值随之增大;当脉间进一步增加,有效加工时间减少,MRR值减小。被加工面的表面粗糙度Ra分布在1.06～1.34 μm,其原因与脉宽对表面粗糙度的影响一致。

从三次产业的投资情况看，第一产业投资增长 36.5%，第二产业投资增长12.0%，第三产业投资增长8.9%。

图12 工件材料去除率、加工表面粗糙度和脉间to的关系Fig.12 Relationship between MRR, Ra and pulse interval to

3.5 伺服电压对MRR值及表面粗糙度的影响

对于高度显著因素,选取使指标最大的水平,不显著因素的水平则结合实际选取。本研究中,电参数选取不会造成生产及技术成本增加,所有因素都选择使指标最优的水平,因此,方差分析最终选取A3C1D3B3作为最优加工模型参数,此结果与极差分析选取结果一致。

图13 工件材料去除率、加工表面粗糙度和伺服电压U的关系Fig.13 Relationship between MRR, Ra and servo voltage U

4 混铁粉电火花加工PCD电参数优化

4.1 正交试验设计

混铁粉电火花加工PCD复合片过程中,峰值电流、脉宽、脉间和伺服电压对MRR值具有综合影响。为确定混铁粉电火花加工PCD最优加工电参数,以正交试验作为实验设计方案,测量电参数下PCD复合片的MRR值及加工表面质量,并从中找出最优参数组合。实验工艺参数见表2,构造L16(45)型正交表。加工液铁粉质量浓度为37.5 g/L,加工时间为3 min。初次实验开始前,使用清水洗干净PCD复合片,并使用吸水纸巾擦干,称量PCD复合片质量。每次实验结束后,取出PCD复合片,使用清水冲洗表面,并使用吸水纸巾擦干PCD复合片表面水分。使用精度为1 mg的电子天平称量质量,并计算工件材料去除率,测量被加工面的表面粗糙度。

高校科研成果是国家科研成果的重要组成部分，长期以来，高校已逐渐成为国家科研战线的生力军，在各个研究领域发挥着极其重要的作用。科研管理的科学和高效对高校科研工作的重要性不言而喻。要想将科研成果转化为生产力，化科研为力量，需要用科学管理的思维来创新机制、完善制度，建立科研成果转化的全链条管理闭环。唯有如此，才能更好地走好科研成果的“最后一公里”。

表2 正交试验工艺参数

根据正交表安排进行16组实验,其中一空列作为误差项存在,每组实验测量的MRR值及被加工面的表面粗糙度见表3。由实验结果可以发现,MRR最大值为0.0553 g/min,对应的表面粗糙度为1.19 μm;MRR最小值为0.0153 g/min,对应的表面粗糙度为1.13 μm,MRR最大值是最小值的3.61倍。Ra稳定在1.02～1.24 μm区间内。不同电参数下加工效率相差数倍,可见合理选择电参数可以有效提高PCD复合片的铁粉辅助电火花的MRR值。为分析讨论各因素水平对加工效率的影响,可采用极差分析法和方差分析法。

表3 正交试验结果

4.1.1极差分析法

极差分析法通过计算每个因素的极差R来分析因素对实验结果影响的主次。本实验为4水平正交试验,每一因素的极差R的计算公式为

农村饮水安全自动化监控技术研究及应用前景分析……………………………………………… 胡 孟，李晓琴(8.66)

R=max(K1,K2,K3,K4)-min(K1,K2,K3,K4)

(1)

其中,Ki代表某因素水平编号为i的所有实验结果总和,反映了四次该因素i水平及其他每个因素的四个水平各一次的影响。极差R反映了该列所排因素选取的水平变动对指标的影响,极差越大说明因素的水平变动对指标影响越大,极差最大的列对应因素即为实验中最主要的因素,反之则为最次要的因素。

管理工作时针对所有参与建筑施工的人员进行的，管理力度的提升可从以下几方面入手：定期对员工进行培训。首先树立员工的质量把控意识，让其认识到保证工程质量的重要性。其次是对其基础知识和技能的巩固，逐步提升专水准，改变以往只凭经验进行施工作业的情况；制定相应的奖罚制度。对员工的工作进行阶段性评比，对于施工人员以施工质量作为衡量标准，对管理人员的评比，其汇报、现场记录等作为重要参考依据；吸收国外优秀的管理模式，将其改造成符合我国施工现状的管理体系，我国的工程管理效果会显著提升[3]。

各因素水平对加工效率影响的极差分析见表4。由表4可得,各因素影响加工效率的主次顺序依次为峰值电流、脉间、伺服电压、脉宽。空白行的极差主要是由实验误差导致的,其值最小,说明本次实验误差较小,实验值可信度高。对于最主要影响因素,需选择能使其指标最好的水平;对于次要影响因素,需结合实际生产条件选择。在本研究中,电参数选择不会造成生产及技术成本增加,故所有因素都选择使指标最优的水平。本研究要求加工效率越高越好,故最优生产参数为A3C1D3B3。

表4 加工效率极差分析

4.1.2方差分析法

分别计算各列变动平方和Si、总变动平方和ST、总自由度fT,各因素变动平方和S、各因素自由度f、误差变动平方和Sa、误差自由度fa及F系数F,即

ST=ΣSi=ΣS+Sa

(2)

fT=n-1=Σfi=Σf+fa

(3)

(4)

f=r-1

(5)

(6)

综上所述,在电火花加工过程中,PCD复合片表面的金属材料含量增加可以提高MRR值,但是受限于金刚石颗粒含量要求,金属材料的含量是有限的,并且在加工过程中,金属材料参与放电,其含量逐渐降低,所以单纯依赖PCD复合片中的金属材料难以保持MRR值处于较高水平。此外,如果金刚石颗粒比较大,会使加工间隙较大,形成放电的难度增大,使MRR值降低。向电极和工件之间喷入混铁粉的煤油工作液,利用工作液中的导电铁粉颗粒填充PCD表面被放电蚀除的金属,相当于增大了PCD表面金属材料含量,同时部分铁粉微粒附着在金刚石微粒表面或位于加工间隙内的煤油工作液中,使局部电场增强,从而促进火花放电形成。

当ρ=37.5 g/L时,峰值电流、脉间和伺服电压的参数值设置见表1,设置一系列脉宽值,得到图11所示的MRR值、加工表面粗糙度与脉宽ti的关系。可以看出,随着脉宽的增加,MRR值先增大,并在ti=100 μs时达到最大值,随后逐渐减小。当脉宽较小时,单次脉冲放电能量小,MRR值较小;随着脉宽的增大,单次放电能量提高,MRR值增大;当脉宽进一步增加时,由于单次放电能量较大,极间介质温度高,消电离不够充分,拉弧放电数量增加,因此MRR值逐渐减小。由图11可以发现,Ra无规则地分布在0.98～1.25 μm,其原因与峰值电流对表面粗糙度的影响一致。

由式(3)可计算出各列的列变动平方和：

S1=0.001 336S2=0.000 104

S3=0.000 033S4=0.000 238

S5=0.000 157

由式(2)、式(3)可得

ST=Si=0.001 868

fT=n-1=16-1=15

因为因素A、B、C、D分别排列在正交表的1、2、4、5列,且各因素水平数均为4,故有

SA=S1=0.001 336fA=3
SB=S2=0.000 104fB=3
SC=S4=0.000 238fC=3
SD=S5=0.000 157fD=3

Fα是一个临界值,表示依据其作出判断时的把握。当F>Fα时,就有(1-α)×100%的把握说该因素是显著的。通常,若F>F0.05,则说明该因素显著;若F>F0.01,则说明该因素高度显著。比较各F值与F0.25、F0.05、F0.01的大小可得：因素A高度显著,因素B、C、D不显著。

2017年夏季在湖北省农业科学院粮食作物研究所武汉南湖核心试验场种植对照扬稻6号和鄂早18。扬稻6号播始历期92 d，鄂早18播始历期69 d，其他农艺性状如表1所示。

Sa=ST-SA-SB-SC-SD=S3=0.000 033

fa=fT-fA-fB-fC-fD=f3=3

上述分析计算求得了各因素变动平方和、各因素自由度、误差变动平方和及误差自由度,则可按式(4)计算各因素的平均变动平方和与误差的平均变动平方和比值,对各因素做F检验,判断各因素是否显著：

FA=40.48FB=3.15

FC=7.21FD=4.76

由F表查得

了解水文参数的空间变异以及与之对应的尺度特性是水文学的核心问题[1-2]。研究水文过程在不同的空间尺度的特征主要有两个目的：一是用来预测未观测流域的水文参数(PUB：Prediction in Ungauged Basins)[3-5]；二是了解该区域水文过程的机制，例如降水与地表径流产流的关系[6-7]。

F0.25(3,3)=2.36F0.05(3,3)=9.28

F0.01(3,3)=29.46

由式(2)及式(3)可得

ρ=37.5 g/L时,峰值电流、脉宽和伺服电压的参数值设置见表1,设置一系列伺服电压值,得到图13所示的MRR值、加工表面粗糙度与伺服电压U的关系。可以看出,MRR值随伺服电压的增加先缓慢减小,当U>27.5 V时,MRR值开始快速减小。伺服电压是决定加工过程极间间隙的最主要因素。伺服电压取值在较低区间时,极间间距较小,电场强度大,放电通道容易形成,且由于工具电极轴心孔喷射的加工液可冲洗电极间加工屑,故MRR值较大;当伺服电压继续增加,极间间距也随之增加,极间电场强度降低,放电通道形成困难,造成击穿延时大或不能击穿放电,加工效率降低。由图13可得,Ra与伺服电压变化没有关系,Ra稳定在1.03～1.31 μm区间内。

因素A水平3的四次试验结果总和与水平4的四次试验结果总和十分接近,所以因素A除选取A3之外,还将选取A4。因此,本研究通过正交试验选取的最优加工参数为A3C1D3B3与A4C1D3B3,并在后续试验中比较这两组参数的加工效率,并确定唯一的最优加工参数模型。

4.2 最优加工模型的建立及验证

通过正交试验法确定了PCD复合片的混铁粉电火花加工两组最优加工参数：峰值电流20 A、脉宽125 μs、脉间75 μs、伺服电压27.5 V;峰值电流25A、脉宽125 μs、脉间75 μs、伺服电压27.5 V。机床厂家提供的机床原始加工条件下最优加工参数为：峰值电流18 A、脉宽80 μs、脉间120 μs、伺服电压25 V、磨头转速700 r/min,不抬刀。分别对三组参数在对应加工环境下的加工效率及加工质量进行实验,实验编号按照上述顺序分别记作1、2和3,并作比较,从正交试验选取的两组参数中确定最优加工模型的最终值。三组参数各实验三次,每次加工时间为5 min,实验结果见表5。

表5 最优电参数组合实验结果

由表5可得,在混铁粉电火花加工PCD复合片实验中,加工效率方面实验1高于实验2,这与正交试验分析结果相同。实验1平均加工效率相对于实验3提高38%,表明本研究加工方法相对于传统电火花加工PCD复合片的MRR值有较大提升,而加工表面质量在一定范围内浮动,且与加工参数无相关性。因此,本研究确定混铁粉电火花加工PCD复合片的铁粉辅助磨平加工最优加工模型参数如下：加工液铁粉浓度37.5 g/L、峰值电流20 A、脉宽125 μs、脉间75 μs、伺服电压27.5 V。

5 结论

本文研究了煤油工作液中添加铁粉对电火花加工PCD的影响机理,实验分析了铁粉质量浓度、峰值电流、脉宽、脉间和伺服电压对工件材料去除率和加工表面粗糙度的影响规律,实验结果表明在保证加工表面粗糙度的前提下,增加铁粉质量浓度使得工件材料去除率得到了提高,并且通过正交试验确定了最优加工电参数,具体结论如下：

(1)铁粉降低了煤油工作液的绝缘强度,利于击穿放电的形成,提高了工件材料去除率,铁粉质量浓度为37.5 g/L时工件材料去除率最高,铁粉质量浓度继续增大对工件材料去除率的提高影响较小,而且容易造成工作液循环系统堵塞而发生故障。

(2)峰值电流对工件材料去除率的影响较大,随着峰值电流的增大,工件材料去除率提高,但峰值电流超过30 A后容易出现拉弧烧伤电极和工件。

(3)工件材料去除率随着脉宽的增大先增大后减小,在脉宽为100 μs时达到最大值。脉宽超过100 μs后极间消电离不充分,发生拉弧的概率增加,不仅降低了工件材料去除率,而且有烧伤电极和工件的风险。

(4)工件材料去除率随着脉间的增大先增大后减小,在脉宽80 μs下,脉间为120 μs时加工效率最高,随着伺服电压的增加而减小,且减小速率越来越大。

(5)电火花加工PCD的表面粗糙度受铁粉浓度、峰值电流、脉宽、脉间和伺服电压的影响较小,主要与金刚石微粉的粒度有关。

(6)混铁粉电火花加工PCD复合片的最优电参数组合为：加工液铁粉浓度37.5 g/L、峰值电流20 A、脉宽125 μs、脉间75 μs、伺服电压27.5 V,其工件材料去除率比传统电火花加工提高了38%。

我们将语言课程又分成了单词，语法，语音，阅读，能力考这五部分，如图所示语音这一部分占比最大约55%，其次是语法约21%，单词10%。语音部分中外教课程相对颇受欢迎，从此可以看出，相较于单词语法，语言学习者对于语音尤其是纯正语音的需求比较大，同时也反映了目前线下教育现状中对于外语语言环境氛围的营造不足以及正宗外语资源的紧缺等问题。另外，语音课程中作为入门基础的五十音图的课程播放量达到上万次远超于其他课程，由此可知CCtalk的主要受益用户应为初中级日语学习者，他们对于入门知识需求量更大。

AVC系统是以在线模式运行的电网电压无功控制系统，通过调度自动化SCADA系统采集各变电站、发电厂的母线电压、母线无功、主变高、低压侧无功测量数据，以及各开关状态数据等实时数据进行在线分析和计算，从电网优化运行的角度调整全网中各种无功控制设备的参数，对其进行集中监视和分析计算，在满足节点正常功率平衡及各种安全指标的约束条件下，主变压器分接开关调节次数最少、电容器投切最合理、发电机无功出力最优、电压合格率最高和输电网损率最小的综合优化目标,实现电网经济运行的过程，实现对无功装置进行协调优化自动闭环控制[1～4]。