微细电火花加工关键技术及工艺研究

文中基于新研发的一套微细电火花精密加工系统μEDM-50,介绍了研发过程中探索出的最小脉宽可以达纳秒级的微能脉冲电源以及一些针对微细电火花加工的特点形成的特殊工艺.微能脉冲电源具有主动消电离环节,可以减少脉间的残余电荷放电,提高加工表面质量;特殊工艺有利于提高系统的加工精度和效率,提高微细电极的安全性.最后,介绍了一些金属零件上典型的微小特征精密加工实验以及放电沉积实验.该系统加工特征的尺寸范围主要介于数十微米到数毫米内.     

一种用于微细电火花加工的甚高频微能脉冲电源

作为微细电火花加工的关键技术之一,微能脉冲电源性能的优劣直接影响放电加工的精度、效率、稳定性等。从减小放电脉冲能量、增大放电间隙、可持续加工的需求出发,探索了一种基于电路共振原理的甚高频(频率在30~300 MHz)微能脉冲电源,突破了现有电火花脉冲电源的工作模式,能产生脉宽极窄、频率极高的脉冲波形,具有纳米级放电蚀除特性,提高了微细电火花加工的极限蚀除能力。放电频率为65 MHz时,相对于传统的微能脉冲电源,加工的孔边缘几乎没有重铸层,极大地减轻了在加工过程中的热损伤、重铸层和热影响区等常规缺陷,改善了工件加工的表面质量,实验结果证明所设计的甚高频微能脉冲电源具有良好的放电蚀除特性。     

基于FPGA的绝缘陶瓷电火花加工脉冲电源的研制

针对现有绝缘陶瓷电火花加工效率较低、加工质量较差的问题,通过分析绝缘陶瓷的间隙放电状态,研制基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)绝缘陶瓷的电火花加工脉冲电源。该电源可实现低阻火花放电的等电路脉宽模式和抑制有害脉冲放电的高频分组脉冲模式。在硬件上,脉冲电源采用模块化设计,由基于FPGA的主振模块、带LCD缓冲回路的MOSFET功率放大模块、基于四阈值电压电流比较法的间隙放电状态检测模块组成。结果表明:与常规脉冲电源相比,针对绝缘陶瓷氧化铝的加工,所研制的脉冲电源可有效提高低阻火花放电率,抑制有害脉冲放电状态;其加工速度为0.48 mm/min,提高了33%;电极相对损耗为132%,降低了16.9%;表面粗糙度为4.6μm,降低了22%;孔边和孔壁无显著微孔隙产生。该脉冲电源可有效提高绝缘陶瓷的加工效率和加工质量。     

微细电火花加工技术研究现状概述

微细电火花加工技术是微细电加工领域中的一个重要发展方向。对该技术的国内外发展现状及其多项关键技术,包括微能脉冲电源、微细电极制作、电极损耗补偿及加工状态监测与控制,并结合中国工程物理研究院机械制造工艺研究所的研究现状进行了简要概述。     

微细电火花单道扫描加工积分蚀除机理研究

针对微细电火花单道扫描加工中电极端部及试件轮廓横截面出现的钝圆现象,给出了其产生的主要影响因素,分析了放电脉冲对正负两极的积分蚀除机理,据此开发了微细电火花单道扫描加工在正负两极的积分蚀除仿真软件,并进行了微细电火花单道扫描加工仿真研究。基于微细组合电加工样机,开展了典型截面形状工具电极的单道扫描加工实验,对工具电极与试件截面轮廓的测量结果表明,放电脉冲在正负两极的积分蚀除作用与多项工艺参数密切相关。     

应用线电极磨削法的电火花微孔加工

在微细电火花微孔加工中,微细工具电极的制作精度是决定微孔加工质量的关键。本文介绍了作者研制的微细电火花加工样机。该机床应用了线电极电火花磨削法制作微细轴,并在同一台机床上用制作的微细轴作为工具电极加工微孔;同时为提高微孔的加工质量,采用了主轴横轴布局结构。该机床还采用了微能放电电源、去离子水工作液等加工工艺。经过实验加工,获得了高质量的微细轴以及微孔。     

微细电火花加工用脉冲电源技术的基础研究

在微细电火花加工中，使用RC放电回路容易得到数十至数百纳秒的窄脉宽电流，但RC放电回路由于向电容器充电所需时间而不能得到很高的放电频度，严重影响其加工效率。为此，本研究开发了微细电火花加工用晶体管式脉冲电源，并对其加工特性进行了评价，找出了适合于微细电火花加工的晶体管式脉冲电源。实验结果表明，自振式晶体管脉冲电源因其加工速度慢并不适于微细放电加工。通过开发等脉宽晶体管脉冲电源，可实现脉宽80ns的放电电流，与传统的RC放电回路相比，加工速度可提高2至3倍。     

超声振动复合微细电火花加工微小孔试验研究

微小孔加工时的放电间隙较小,排屑、消电离状态差,放电效率低,直接影响加工效率和电极损耗;超声振动可改善排屑、消电离状态,能提高放电效率。将超声引入微细电火花加工,通过工件的超声振动,进行超声功率、小孔孔径、脉冲频率的微小孔电火花加工工艺试验研究,结果表明:加工不同孔径时,超声功率及电源频率都存在一个最佳值;加工条件合适时,超声复合微细电火花加工优于常规微细电火花加工。     

应用线电极磨削法的电火花微孔加工

在微细电火花微孔加工中，微细工具电极的制作精度是决定微孔加工质量的关键。本文介绍了作者研制的微细电火花加工样机。该机床应用了线电极电火花磨削法制作微细轴，并在同一台机床上用制作的微细轴作为工具电极加工微孔；同时为提高微孔的加工质量，采用了主轴横轴布局结构。该机床还采用了微能放电电源、去离子水工作液等加工工艺。经过实验加工，获得了高质量的微细轴以及微孔。     

金刚石砂轮修整机脉冲电源的设计与应用

针对传统的电火花金刚石砂轮修整机脉冲电源人机交互方式陈旧、电源主振脉冲抗干扰能力弱、放电效率低及寄生电感严重等的缺点,设计一款电火花脉冲电源。采用三菱PLC作为系统主控制器,选用STC8A8K64S4A12单片机与EPM570T100C5N CPLD可编程逻辑器件作为脉冲主控芯片,并进行电火花脉冲电源的硬件与软件设计。同时制作金刚石砂轮修整机电源样机,以石墨轮为电极,金刚石砂轮为加工工件进行放电加工试验,检验设计的电源加工性能,并与传统电火花金刚石砂轮修整机进行工艺对比试验。结果表明：设计的脉冲电源控制方式简洁,参数设置方便,放电波形抗干扰能力强,不易失真,放电效率较高,加工的金刚石砂轮表面质量较高,成型面颗粒完整度高。     

Impact of the shape of electrode-tool on radical overcut of micro-hole in electrochemical micromachining

To make use of the full capability of electrochemical micro-machining (EMM), a meticulous research is needed to improve the material removal, surface quality and accuracy by optimizing various EMM process parameters. Keeping this in view, an indigenous development of an EMM machine set-up has been considered to carry out a systematic research for achieving a satisfactory control on the EMM process parameters to meet the micromachining requirements. In this study an EMM machine has been developed and experiments were conducted to study the influence of some of the major process parameters such as the machining voltage, electrolyte concentrations, the pulse-on-time and the machining current on the machining rate and accuracy. The effect of the shape of the tool electrode tips on EMM has been investigated experimentally with 304 stainless steel sheets. The machining rate and the overcut are significantly influenced by the shape of the tool electrode tip.     

大面积PCD复合片电火花加工高效节能脉冲电源的研究

本文通过对大面积PCD复合片材料物理特性的分析及电火花放电加工PCD表面放电机理的研究，分析了电火花加工大面积PCD复合片时影响加工速度及表面质量的重要因素。提出了用于加工大面积PCD复合片的理想电源模型，其特点为：大能量、高峰值电压、高峰值电流、窄脉冲、等脉冲能量输出。根据理想电源模型开发出一种高效、节能、环保型大面积PCD复合片电火花专用脉冲电源。与普通电火花脉冲电源比较，该电源加工效率高、加工表面质量好，电能利用率高，是大面积PCD复合片电火花加工的有效工具。     

镍基高温合金Inconel718的超高效电火花电弧复合加工

提出了一种超高效电火花电孤复合铣削镍基高温合金Ineonel718的加工方法．构建了一种新型大功率电源,主要由高压脉冲电源和低压大功率直流电源组成。在冲液和电极旋转的作用下得到了非连续电弧,材料去除率可达13421mm3／min,相对电极损耗率可达1．71％。进行了复合加工和电火花加工的对比实验研究,分析了电极转速对材料去除率和相对电极损耗率的影响,并对加工表面特性进行了研究。     

放电能量实时控制的双极性电火花加工脉冲电源

通过观测电火花放电现象对加工的影响,发现可控的双极性电火花加工能用更低的加工刀具磨损率获得比传统单极性电火花加工更高的材料去除率和效率,因此基于先进的电力电子技术,提出了一种双极性通用型电火花加工用脉冲电源,并给出相应的能量控制策略,还采用可提供连续正负脉冲输出的全桥电路作为该脉冲电源的主电路,并引入间隙电压和间隙电流的和作为唯一的控制量,在引弧阶段采用电压控制,在放电阶段采用电流控制。用一个电路完成放电间隙的击穿和放电能量的控制,减小脉冲电源系统的体积,同时在单个放电过程的各个阶段,对脉冲电压、放电电流、放电持续时间和消电离时间等参数进行合理灵活的调整,在维持放电频率一定的情况下,保证加工过程中单次放电能量的一致,从而实现高效均匀的电火花加工。     

微细电火花加工实现条件的研究

介绍了微细电火花加工的原理和特点,从加工表面质量、脉冲电源、微细工具电极的制造和安装、放电面积效应的影响、伺服控制系统等方面对微细电火花加工的实现条件进行了研究,并给出了微细轴的电火花加工等具体加工实例.研究结果对微细电火花加工技术的具体应用具有重要的参考价值和指导意义.     

复杂流道构件组合放电加工技术研究

复杂流道构件的高效、高精度加工是液体火箭发动机的核心制造技术之一,随着发动机涡轮泵功率及涡轮效率的不断提升,涡轮泵复杂流道构件的加工去除量大幅增加,同时对加工精度的要求也越来越严格。故提出了高速放电铣削粗加工与多轴联动电火花成形精密加工复合的加工工艺,通过对复杂流道构件的高速放电铣削加工电极损耗补偿和多轴联动电火花成形加工轨迹规划等技术的研究,实现了复杂流道构件的高效、高精度放电加工。     

High-speed EDM milling with moving electric arcs

A novel high-speed electrical discharge machining (EDM) milling method using moving electric arcs has been proposed in this study. We connected a copper electrode rotating rapidly around its axis and a work piece to a DC power supply to generate a moving electric arc. To ensure high relative speed of any point on the electrode with respect to the work piece, the electrode was shaped like a pipe. It was observed that the electric arcs move rapidly within the discharge gap due to the revolution of the tool electrode, removing the materials on the electrode along the track of the arc roots. To explore the characteristics of machining with moving electric arcs, an EDM milling apparatus was devised. Two planes with approximately the same roughness were machined separately by this equipment and a traditional EDM machine for comparison. It was found that a much higher material removal rate can be easily achieved by EDM milling with moving electric arcs. In the meanwhile, wear of the tool electrode in this new method is negligible, which is greatly favorable for machining accuracy. The microstructures of these surfaces were also investigated for further information.     

微细电火花加工及表面重铸层电解去除装置的设计

微细电火花加工工件表面的重铸层影响加工精度和使用性能,为此设计了具有微细电火花加工及电解去除表面重铸层功能的集成装置。该装置由运动平台、伺服控制、脉冲电源等关键部分组成,集成了微细电火花和微细电解加工功能。针对不同加工方法采用不同的控制策略,解决了微细电火花加工与电解加工在同一设备上的集成问题。通过实验验证,该装置可以很好地实现微细电火花加工表面重铸层的在线去除,且去除厚度可通过改变加工参数的形式来控制。     

微细丝数控电火花线切割加工机床的设计

以加工微小复杂零件为目标,对采用直径0.02 mm的微细电极丝进行数控电火花微精线切割加工技术及工艺研究,开发出了由微细丝走丝系统、细丝导向器和微精加工电源等构成的微细电火花线切割加工系统,研制了具有无电阻防电解电源、高效、高精度、高表面质量的微细丝数控单向走丝电火花线切割机床。     

绝缘栅双极晶体管脉冲斩波器的设计与应用

高频脉冲电流加工及光整加工技术能提高零件的加工精度和表面质量。脉冲斩波器的设计是应用该技术的关键所在。介绍了脉冲电源的构成原理及设计思路，并采用绝缘栅双极晶体管(1GBT)设计制造出高频、大电流脉冲斩波器。用所设计的脉冲电源进行了脉冲电化学光整加工实验，得到了满意的结果。