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TC4钛合金电火花小孔加工多目标优化试验研究

张文超 王帅

张文超, 王帅. TC4钛合金电火花小孔加工多目标优化试验研究[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(1): 113-118. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200598
引用本文: 张文超, 王帅. TC4钛合金电火花小孔加工多目标优化试验研究[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(1): 113-118. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200598
ZHANG Wenchao, WANG Shuai. Experimental Study on Multi-objective Optimization of EDM Small Hole Machining for TC4 Titanium Alloy[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(1): 113-118. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200598
Citation: ZHANG Wenchao, WANG Shuai. Experimental Study on Multi-objective Optimization of EDM Small Hole Machining for TC4 Titanium Alloy[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(1): 113-118. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200598

TC4钛合金电火花小孔加工多目标优化试验研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200598
详细信息
    作者简介:

    张文超(1989-), 讲师, 博士, 研究方向为难加工材料特种加工技术方向研究, traum525@gmail.com

  • 中图分类号: TG661

Experimental Study on Multi-objective Optimization of EDM Small Hole Machining for TC4 Titanium Alloy

  • 摘要: 为提升电火花加工TC4钛合金的表面加工质量和加工效率, 选取紫铜圆柱电极开展TC4钛合金电火花小孔加工试验, 采用正交试验法, 以电极相对损耗率、表面粗糙度、工件材料去除体积为工艺指标, 分析峰值电流、维持电压、放电脉宽对工艺指标的影响重要性。采用RBF(Radial basis function)神经网络对已有试验数据进行训练, 建立放电参数与工艺指标之间的数学预测模型。以该预测模型为适应度函数, 将遗传算法与Skyline选择算法结合进行多目标优化仿真, 得到最佳工艺指标, 最后开展多目标优化验证试验。结果表明: 当峰值电流为14 A、维持电压39 V/42 V、放电脉宽102 μs/108 μs时能够取得最优的加工结果, 优化值与试验值误差较小。
  • 图  1  沙迪克AM45L数控电火花成形机

    图  2  TC4钛合金工件放电加工

    图  3  加工后电极表面形貌

    图  4  RBF神经网络结构示意图

    图  5  神经网络预测值与试验值误差对比

    图  6  多目标优化流程图

    图  7  多目标优化结果与试验值误差对比

    表  1  钛合金电火花小孔加工放电参数

    参数 描述
    电极材料 紫铜
    工件材料 TC4钛合金
    极性 负极性
    工作液 煤油
    电极直径D/mm 3
    加工时间t/min 15
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    表  2  放电加工正交试验

    水平 A B C
    1 14 30 50
    2 18 40 100
    3 22 50 150
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    表  3  放电加工正交试验结果

    序号 峰值电流/A 维持电压/V 放电脉宽/μs 电极相对损耗率/% 表面粗糙度/μm 工件材料去除体积/mm3
    1 14 30 50 9.321 1.955 5.987
    2 14 40 150 7.078 3.795 7.095
    3 14 50 100 10.786 3.121 6.208
    4 18 30 150 7.366 3.164 9.091
    5 18 40 100 19.093 2.725 6.430
    6 18 50 50 19.246 2.721 7.539
    7 22 30 100 16.016 2.573 4.878
    8 22 40 50 16.778 2.761 10.643
    9 22 50 150 16.237 2.988 6.874
    K1 9.060 10.901 15.115
    K2 15.235 14.316 15.298
    K3 16.344 15.423 10.227
    极差R1 7.284 4.522 5.071
    K4 2.957 2.564 2.479
    K5 2.870 3.094 2.806
    K6 2.774 2.943 3.316
    极差R2 0.183 0.151 0.837
    K7 6.430 6.652 8.056
    K8 7.687 8.056 5.839
    K9 7.465 6.874 7.687
    极差R3 1.257 1.404 0.369
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    表  4  神经网络模型试验值与预测值对比

    序号 峰值电流/A 放电电压/V 放电脉宽/μs 电极相对损耗率/% 表面粗糙度/μm 工件材料去除体积/mm3
    试验值 预测值 试验值 预测值 试验值 预测值
    1 14 30 100 9.7 10.9 2.462 2.409 5.765 5.085
    2 14 30 150 7.5 8.8 2.665 2.608 5.987 5.252
    3 14 50 150 5.2 4.8 5.213 4.964 6.430 6.153
    4 22 30 150 17.2 15.5 4.367 4.005 8.426 8.911
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    表  5  多目标优化结果与试验值对比

    序号 峰值电流/A 放电电压/V 放电脉宽/μs 电极相对损耗率/% 表面粗糙度/μm 工件材料去除体积/mm3
    试验值 预测值 试验值 预测值 试验值 预测值
    1 14 39 102 5.761 6.742 1.985 2.236 5.024 4.845
    2 14 42 108 6.453 7.231 1.982 2.334 4.847 4.213
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  • 收稿日期:  2021-03-28
  • 刊出日期:  2023-01-25

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