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基于正交试验和BP神经网络的Ti-6Al-4V合金电火花线切割工艺参数优化

【24】?第37卷?第10期?

2015-10(下)

收稿日期：2015-08-01

作者简介：滕凯（1976 -），男，江苏徐州人，讲师，硕士，研究方向为机械设计及制造、特种加工技术。基于正交试验和BP 神经网络的Ti-6Al-4V

合金电火花线切割工艺参数优化

Parameter optimization of Ti-6Al-4V alloy wire cutting process

based on orthogonal test and BP neural network

滕凯TENG Kai

（徐州工程学院江苏省大型工程装备检测与控制重点建设实验室，徐州 221018）

摘要：针对切削性能差难以加工的Ti-6Al-4V合金进行了电火花线切割加工试验研究，运用正交试

验的方法对工艺数据进行极差、方差分析，探究电火花线切割加工的规律和特性。重点分析脉冲宽度、脉冲间隔、功放管数和运丝速度等工艺参数对钛合金加工质量的影响，取得了线切割最优化参数组合。搭建了基于L-M优化算法的BP神经网络的线切割加工工艺网络预测模型，该模型训练速度快、预测精度高，可为Ti-6Al-4V合金的切割提供可靠的加工质量预测，对实际加工的参数选择具有一定的参考作用。

关键词：Ti-6Al-4V；电火花线切割；正交试验；L-M优化算法；BP神经网络中图分类号：TG661; TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2015)10(下)-0024-04Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2015.20.08

0 引言

钛合金具有强度高、密度小、韧性和抗蚀性好等诸多优点而被广泛用于各个领域。目前已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种。其中Ti-6Al-4V 合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75%～85%[1]。但是Ti-6Al-4V 合金硬度较低（HB300左右），导热系数小，切削加工容易出现粘刀现象，刀具磨损严重；合金化学活性也较大，在高温切削条件下很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮，同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化，不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损，导致钛合金切削性能差难以加工，已成为一种典型的难加工材料[2]。

采用电火花线切割加工，可有效提高钛合金的加工质量。电火花线切割是一种非接触式、无显著机械切削力的特种加工方法，利用电极丝与工件间脉冲性火花放电时产生的瞬时局部高温使工件表面放电点间的介质电离击穿，以致金属熔化、气化而切割成形。因此，电火花线切割方法是机械切削加工方法的有效补充，能够有效解决难加工材料的加工问题。本文通过正交试验法探寻Ti-6Al-4V 合金的线切割最优化参数组合，并通过BP 神经网络模型对线切割加工质量进行预测，该方法为实际钛合金的加工提供了参考

[3～5]

。

1 正交试验研究

1.1 试验条件

线切割机床，苏州宝玛数控有限公司生产的DK7763D 型中走丝线切割机；试验工件材料Ti-6Al-4V 合金，厚度10mm ；工作液，BM-4水基工作液（浓缩型），按1:20与水配制；电极丝，Φ0.18mm 钼丝；喷液压力0.2MPa 。1.2 正交试验设计

电火花线切割工艺参数共同影响着加工质量，本次试验选取脉冲宽度A ，脉冲间距B ，功放管数C 和运丝速度D 作为工艺参数，设计了5因素4水平(L16 (45))的正交实验，正交试验设计因素水平如表1所示。

表1 实验水平表

水平试验因素

脉冲宽度/μS

脉冲间距

/占空比

功放管数/个

运丝速度/档

1861021282131610324

1.3 试验结果及分析

1）极差分析

通过正交试验得到的切割速度和表面粗糙度极差分