와이어 절단 파라미터와 초경합금 균열 사이의 연관성 탐색

와이어 컷 초경합금 제품의 균열 문제를 해결하기 위해 회사 제품의 현재 상황에 따라 와이어 컷 가공 파라미터를 조정하여 합금 표면의 미세 구조를 분석했습니다. 실험적 비교를 통해 균열을 일으키는 주요 요인을 파악하고 해결책을 제시했습니다.

1 . 서문

WEDM(와이어 방전 가공)은 초경합금을 금형 재료 및 내마모성 부품으로 가공하는 데 널리 사용되며, 특히 크기가 작고 모양이 복잡하며 연삭 휠로 가공하기에 적합하지 않은 공작물의 가공에 사용됩니다. 이 공정은 기존 방식에 비해 가공 효율이 향상됩니다.

그러나 복잡한 구조의 합금 부품 가공에 WEDM을 사용할 때 합금 표면의 미세 구조 영역에 미치는 영향을 간과하는 경우가 많습니다. 이로 인해 가공된 표면의 미세 구조가 크게 변경되어 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 초경합금 공작물.

연구에 따르면 WEDM은 금형 제품 표면에 미세 균열 및 기타 결함을 유발하여 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 처음 두 번의 절단에는 복합 절삭유를 사용하고 최종 마무리에는 등유를 사용하는 등의 개선 방안을 제안했습니다. 이는 다음과 같이 감소하는 것으로 입증되었습니다. 표면 거칠기 (Ra)를 초경합금 YG8의 경우 1mm 미만으로 낮춥니다.

Liu Yike는 EDM 원리를 기반으로 초경합금 금형을 가공하는 WEDM의 테스트 결과를 분석한 결과, 펄스 폭을 늘리면 가공 효율이 향상되지만 특정 값 이상으로 균열이 발생할 수 있음을 발견했습니다. 루오 빈후이 등은 초경합금 템플릿 커터의 균열에 영향을 미칠 수 있는 EDM 공정에 대한 비교 테스트를 수행하여 균열 문제에 대한 해결책을 찾았습니다.

이 게시물은 이전 연구와 회사의 경험을 바탕으로 와이어 절단으로 인한 초경합금 제품의 균열 메커니즘을 추가로 분석합니다. 와이어 EDM의 전기 파라미터를 변경하여 와이어 절단 전기 파라미터가 합금 표면의 미세 구조 균열에 미치는 영향을 분석하고 균열을 줄이고 방지하는 방법을 제안합니다.

2 . 균열 생성 메커니즘

와이어 커팅은 공작물과 직접 접촉하지 않는다는 점에서 기존 커팅과 다릅니다. 대신 절단 와이어와 공작물 사이에서 발생하는 연속 펄스 스파크 방전에 의존합니다. 이 방전은 부분적이고 순간적인 스파크 동안 생성된 고온을 사용하여 금속 재료를 서서히 에칭합니다.

스파크 방전은 에멀젼과 같은 절연 액체 매체에서 수행됩니다. 전선 절단 중 방전 영역의 전류 밀도는 10,000A/mm2까지 올라갈 수 있고 온도는 10,000-12,000℃까지 올라갈 수 있습니다. 이 공정에 사용되는 유전체 액체는 빠르게 냉각됩니다.

EDM 에너지는 재료 표면에 불균일하고 시간에 따라 변하는 온도 필드를 생성하여 상당한 열 응력과 강한 열 충격 특성을 유발합니다. WEDM에서는 가공 표면이 빠르게 가열 및 냉각되어 재료의 팽창과 수축이 고르지 않고 잠재적으로 큰 열 응력을 유발할 수 있습니다.

이는 초경합금 및 서멧과 같이 단단하고 부서지기 쉬운 재료를 가공할 때 특히 문제가 되며, 전기 파라미터를 올바르게 선택하지 않고 열 응력이 재료의 강도 한계를 초과하면 표면 균열이 발생할 수 있습니다.

EDM 중 순간적인 고온과 급속 냉각으로 인한 인장 응력의 발생으로 표면에 미세 균열이 종종 나타납니다. 이러한 균열은 일반적으로 용융 층에서만 발생하지만 펄스 에너지가 높을 때(거친 가공 중) 열에 영향을 받는 층으로 확장될 수 있습니다.

공작물이 받는 방전 에너지는 미세 균열 형성에 큰 영향을 미치며, 에너지가 클수록 더 넓고 깊은 균열이 발생하고 펄스 에너지가 작을수록 더 좁고 얕은 균열이 발생하고 구멍 분포가 점점 더 작아집니다.

다양한 공작물 재료의 균열에 대한 민감도는 재료의 열전도도에 따라 다르며, 초경합금과 같이 부서지기 쉬운 재료는 특히 표면 미세 균열이 발생하기 쉽습니다.

와이어 절단 방전 프로세스의 시각화는 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 전선 절단 방전

열 응력 모델에 따르면, 최대 응력은 재료에 유입되는 열의 양에 정비례합니다. 이 관계는 유사한 조건에서 일관되게 유지되며 전기 펄스의 입력 에너지와 직접적인 관련이 있습니다.

입력 전력이 증가하면 소재는 더 많은 열을 흡수합니다.

따라서 출력이 클수록 응력이 커지고 균열이 발생하기 쉽습니다. 에너지 손실을 무시하고 가공 공정에서 공작물에 작용하는 에너지는 와이어 절단 방전 펄스 에너지로 단순화할 수 있으며, 이는 다음과 같습니다.

Where,

• W는 펄스 에너지(J)입니다;
• U는 간헐적 순간 방전 전압(V)입니다;
• I는 간헐적 순간 방전 전류(A)입니다;
• t는 시간(초)입니다;
• tk는 방전 지속 시간(펄스 폭, 초)입니다.

전선 절단 중 방전 펄스의 에너지(w)는 방전 전압(U), 방전 전류(I) 및 방전 지속 시간(펄스 폭, tK)에 비례합니다. 펄스 폭이 일정할 경우 방전 전압과 전류가 증가하면 미세 균열의 발생과 확산이 심화되는 것으로 관찰되었습니다. 반대로 방전 전압과 전류가 고정된 경우 펄스 폭이 증가해도 동일한 효과가 나타납니다.

3 . 테스트 계획

초경합금 샤프트 슬리브는 경도, 내마모성 및 내식성으로 높은 평가를 받고 있어 석유 생산 산업에서 인기가 높습니다. 전기 수중 펌프 모터, 원심 펌프, 프로텍터, 분리기 샤프트, 슬라이딩 베어링 슬리브, 모터 샤프트 슬리브, 스태빙 베어링 슬리브, 스러스트 베어링 슬리브, 씰링 샤프트 슬리브 등 다양한 부품에 사용됩니다. 이러한 슬리브는 회전 지지, 스태빙, 추력 및 밀봉과 같은 중요한 기능을 수행합니다.

그림 2 기존 초경합금 샤프트 슬리브

테스트에 사용된 중간 전선 절단 장비는 CTP350이었습니다.

사용된 절삭유는 8% 농도의 에멀젼이었고, 사용된 절삭 와이어는 직경 0.18mm의 몰리브덴 와이어였습니다.

매번 처리를 위해 한 조각만 클램핑했습니다.

와이어 절단 처리 매개변수는 표 1을 참조하세요.

4 . 테스트 결과

4.1 펄스 폭이 합금 표면의 미세 균열에 미치는 영향

1 # ~ 4 # 제품 메탈로그래픽 사진은 그림 3 ~ 그림 6에 나와 있습니다.

펄스 폭이 감소함에 따라 합금 표면의 미세 균열이 점차 작아지는 것이 관찰됩니다. 펄스 폭이 40밀리초인 경우 미세 균열의 깊이는 15밀리미터에 이릅니다. 그러나 펄스 폭이 12밀리초인 경우에는 기본적으로 미세 균열이 존재하지 않습니다.

그림 3 #1 제품의 메탈로그래픽 사진

그림 4 #2 제품의 메탈로그래픽 사진

그림 5 #3 제품의 메탈로그래픽 사진

그림 6 #4 제품의 메탈로그래픽 사진

4.2 전류가 합금 표면의 미세 균열에 미치는 영향

5# ~ 8# 제품 메탈로그래픽 사진은 그림 7 ~ 그림 10에 나와 있습니다.

처리 전류가 증가함에 따라 균열 깊이가 증가하는 것으로 관찰되었습니다. 3.5A에서는 균열 깊이가 30mm를 초과하고, 처리 전류가 2.8A인 경우 균열 깊이는 30mm, 처리 전류가 2.4A인 경우 균열 깊이는 20mm입니다. 2.0A에서는 균열 깊이가 가장 낮은 10mm로 측정됩니다.

그림 7 #5 제품 금속 사진

그림 8 #6 제품의 금속 사진

그림 9 #7 제품의 금속 사진

그림 10 #8 제품의 금속 사진

4.3 전압이 합금 표면의 미세 균열에 미치는 영향

9# ~ 12# 제품 메탈로그래픽 사진은 그림 11 ~ 그림 14에 나와 있습니다.

전류가 2A로 설정되고 펄스 폭이 20ms일 때 처리 전압 범위는 70~120V인 것으로 관찰되었습니다. 절단 부분에서 합금 미세 균열이 발견되지 않았습니다. 이는 전류와 펄스 폭이 일정할 경우 전압이 합금 미세 균열에 미치는 영향이 무시할 수 있는 수준임을 나타냅니다.

그림 11 #9 제품 금속 사진

그림 12 #10 제품의 금속 사진

그림 13 #11 제품 금속 사진

그림 14 #12 제품 금속 사진

4.4 절삭 시간이 합금 표면의 미세 균열에 미치는 영향

13# ~ 15# 제품의 메탈로그래픽 사진은 그림 15 ~ 그림 17에 나와 있습니다.

여러 번의 절단 공정을 통해 제품의 표면 품질이 크게 개선되어 미세 균열의 깊이가 감소했습니다.

미디엄 와이어 워킹 절단과 두 번의 가공을 통해 제품의 미세 균열 깊이를 15mm 이내로 줄였습니다.

또한 미디엄 와이어 워킹 절단 및 가공을 세 번 거치면 미세 균열의 깊이가 10mm 이내로 더욱 줄어듭니다.

두 가지 절삭 공정이 초경합금 샤프트 슬리브 제품의 미세 균열 깊이가 20mm 미만이어야 한다는 현재 요구 사항을 충족했습니다.

그림 15 #13 제품의 금속 사진

그림 16 #14 제품의 금속 사진

그림 17 #15 제품의 금속 사진

5. 결론

방전 가공(EDM)을 하는 동안 공작물 표면은 고온과 저온의 급격한 교대로 인해 급격한 온도 변화를 경험합니다. 이로 인해 빠른 속도와 큰 진폭의 강력한 과도 열 충격 프로세스가 발생합니다.

초경합금과 같이 부서지기 쉬운 재료를 가공할 때 응력 진폭과 시간에 따라 달라지는 열 충격을 줄이면 균열을 줄이거나 방지할 수 있습니다. 이는 열 충격을 제한하는 다양한 방법으로 달성할 수 있습니다.

펄스 폭과 가공 전류는 합금의 표면 미세 균열에 상당한 영향을 미칩니다. 펄스 폭이 넓고 전류가 높을수록 균열이 더 깊어집니다. 그러나 표면 미세 균열에 대한 전압의 영향은 크지 않습니다.

펄스 폭을 12ms로 설정했을 때는 미세 균열이 관찰되지 않았습니다. 균열을 방지하려면 전기 매개변수를 선택할 때 2A 이상의 전류를 처리하지 않는 것이 좋습니다.

열 응력과 공작물에 미치는 영향을 최소화하려면 높은 피크의 좁은 펄스 전기 파라미터를 사용하고 온도장 중첩 효과를 활용해야 합니다. 이렇게 하면 공작물 재료가 기화되어 기화 열이 높아져 대부분의 열이 제거되고 공작물 표면의 과열을 방지할 수 있습니다.

다중 절단은 표면 미세 균열을 줄이고 제거하는 효과적인 방법입니다.