侧铣式高速电弧放电加工的极间流场仿真及加工试验

在高速电弧放电加工方法的基础上提出一种用于加工连续曲面、直纹面等的新型加工工艺——侧铣式高速电弧放电加工方法。与其他利用电弧进行加工的工艺方法相比,侧铣式高速电弧放电加工主要利用电极的侧面进行电弧蚀除加工,可用于加工各种复杂曲面和曲率半径较大的型腔及沟槽、流道等。侧铣电极采用侧面周边及底面多孔结构,能够实现极间的强化内冲液,在电极旋转运动的配合下,可有效控制电弧进而达到高效去除材料的目的。为了深入研究流场对侧铣式高速电弧放电加工效果的影响,建立了加工过程的极间流场模型,仿真并分析了侧铣电极在不同冲液孔分布及冲液入口压力下的极间流场。分析及进一步的工艺试验结果皆表明,在冲液入口压力为1.6 MPa时,在保证电极结构强度的条件下,增加电极的周向孔数,可以实现极间工作液的充分流动,使流场分布更均匀,从而改善电弧放电状态,可以获得较好加工效果。试验表明,在峰值电流400 A时,侧铣式高速电弧放电加工Cr12模具钢的材料去除率可以达到4 095 mm~3/min,相对电极损耗率为2.5%。最后,采用侧铣式高速电弧放电加工方法进行了连续曲面及涡轮叶片特征流道加工的可行性验证。     

短电弧加工中电弧控制技术的研究

短电弧加工中电弧能量大,电热转换效率高,具有更高的加工效率,但易造成工件损伤,因此对加工电弧的控制成为研究短电弧加工技术的关键。提出采用工具电极旋转,结合电极内部冲液的方法实现对加工电弧的有效控制,研制了一台具有工具电极旋转及内部冲液功能的短电弧加工装置,分别对装置的机械结构、脉冲电源、电弧控制电路和保护电路进行了设计。通过在高硬度的Monel400合金工件上进行多组短电弧加工试验,以及对加工电弧电压电流的检测和分析,验证了电极旋转内冲液方法对电弧控制的有效性。     

电弧加工中冲液对等离子通道演化行为的影响

电弧加工是一项新型的放电加工方式。为了研究流体冲液对电弧加工性能的影响,在专门的实验设备上进行了单脉冲放电试验,用高速摄像机记录了整个放电过程并对放电凹坑表面形貌相关参数进行了测量。结果表明冲液对等离子通道的压缩作用比浸液的压缩作用强。冲液的压缩作用具有一定的单向性,大部分压缩作用来源于冲液一侧,没有浸液的压缩作用全面。采取流体冲液时,当工件极性为负时,弧根直径较大,凹坑直径较小;当工件极性为正时,弧根直径较小,凹坑直径较大。这种明显的极性效应有利于电弧加工。冲液不能改善凸缘高度引发的恶化的间隙状态,应当同时采用其他方法改进电弧加工过程。     

发动机缸套超声振动珩磨专用夹具的设计

功率超声振动珩磨就是通过在油石上施加功率超声振动,以进行珩磨。与普通珩磨相比,这种加工方法在加工时产生的珩磨力较小、珩磨温度低、在提高表面质量的同时油石磨损较小、最重要是加工精度高。针对发动机缸套的超声振动珩磨设计了一套专用的定位加工的夹具。该夹具采用外抱式结构,在夹具体和缸套之间填充液性塑料这种介质,由此介质均匀的将力施加到弹性套上,从而实现了缸套的轴向夹紧。夹具克服了在传统缸套加工中难实现定心定位,易轴向变形的缺点。     

加工薄壁工件外圆时消除夹紧变形的途径

图1是加工长圆柱形薄壁工件外圆时常用的液性塑料定心夹具。两个夹具套筒被装配在夹具体上,它们由销子或螺钉固定。若旋转螺钉,则滑柱向内移动使液性塑料产生压力。由于液性塑料的不可压缩性,该压力被均匀地传递给两个套筒,套筒在压力作用下发生弹性变形。当旋转螺钉使滑柱向内移动足够的距离,液性塑料的压力具     

高速电弧放电加工的工艺特性研究

基于流体动力断弧的高速电弧放电加工(Blasting erosion Arc machining,BEAM)是一种利用高速流场控制电弧放电,高效蚀除工件材料的特种加工新技术。该技术从原理到实现都与传统的电火花放电加工(EDM)有着本质区别。将高能量密度的电弧、具有三维型面的多孔电极、极间的高速工作液流场以及多轴联动进给这四种关键要素的有效结合,实现了一种新型而高效的材料去除加工方法。采用石墨集束电极对典型的难切削材料——镍基高温合金GH4169进行了高速电弧放电加工。试验结果表明,在放电峰值电流为500 A时,最大材料去除率可达14 000 mm3/min,而最小电极相对损耗比不超过1%,且加工后工件的表面硬度低于基体硬度,再铸层和热影响层厚度均小于100μm,有利于切削等后续半精加工工艺的开展。由此可见,高速电弧放电加工的工艺特性使其非常适合于难切削材料的大余量去除加工。使用多孔成形电极分别对不同形状的型腔样件进行了层铣和沉入式高速电弧放电加工,证明了其高效加工三维特征零部件的能力。     

短电弧铣削加工极间工作介质流场研究

在短电弧放电铣削加工时,利用Fluent有限元流体仿真软件对工作介质内冲方式下极间流场进行仿真模拟,分析了工作介质压力、电极转速分别对短电弧铣削加工极间压力场、速度场分布规律的影响,并通过实验得到验证。结果表明:极间流场内的压力梯度、速度梯度随工作介质压力的增大而增大,加速了蚀除产物从加工间隙的排出,有效地提高了加工表面质量;电极转速的相对变化对极间流场内的压力场和速度场影响较小,对工件表面质量没有明显的改善。     

大口径薄型光学零件弹性夹具优化及夹持变形研究

装夹技术是单点金刚石切削技术(SPDT)的重要组成部分,夹具设计对光学零件的加工精度有重要影响,大口径薄型光学零件装夹时更易产生夹持变形,零件下盘后变形恢复导致面形精度不可控,难以满足加工要求.本文采用有限元仿真分析法,引入正交试验的思路,对夹具设计进行仿真和统计学分析,研究弹性夹具各参数、夹持力和零件径厚比等因素对大...     

如何防止和消除车削中的振动

在金属切削机床上对其零件进行切削加工时,一般工艺系统上所受的力包括：切削力、夹紧力、接触部件相对运动的摩擦力、运动部件的惯性力、机床内部的激振力、外界传来的干扰力,以及机床各运动部件、工件及夹具的重力等。这些合力作用于机床-工件-刀具,使其产生一定的弹性变形,造成工艺系统产生振动。这种振动的类型主要分为三种：即自由振动、强迫振动和自激振动。而在这三种类型中,主要是强迫振动和自激振动,据机械加工中的数据统计,     

短电弧铣削加工进给速度对放电凹槽的仿真研究

利用ANSYS软件对建立的短电弧铣削加工的数学模型进行温度场仿真,采用APDL语言编程实现了移动热流密度的加载,对温度场进行求解。并分析了不同移动速度下的温度场分布,得出放电凹槽深度方向尺寸变化规律。利用短电弧铣削数控机床进行实验,实验表明:短电弧铣削加工进给速度越大,放电凹槽深度越小;对于一次加载采用不同的进给速度,放电凹槽会出现一定的坡度。从而证明了模型有着很好的预测精度,为短电弧铣削加工提供一定的理论基础。同时实验中发现短电弧铣削加工过程中,放电凹槽的深度也受到电极损耗的影响。     

滚齿速度对被加工齿形成形的影响

被加工齿轮的精度多数情况是由铣齿机床部件的刚性和机床工夹具零件系统的弹性变形所确定的。使用负前角的硬质合金滚刀,并以强力的加工规范将导致切削力的增大。这样,就会产生较大的弹性变形。     

振动夹具设计

本文阐述振动夹具的重要性和设计要求,介绍梁的刚体平移、刚体旋转和弯曲变形时的固有频率以及平板固有频率的计算公式。按照T型振动夹具设计、试验的实例进行计算分析,并提出提高振动夹具固有频率的有效途径。     

液性塑料心轴的设计与试验研究

弹性心轴是一种外涨式的自动定心夹具,它利用定位-夹紧元件的均匀弹性变形来实现对工件的无间隙定位,其设计和制造较为困难。本文针对传动装置中框架类零件加工精度难以保证的问题,对其中一种典型零件选用液性塑料涨开心轴作为设计方案,进行了液性塑料心轴的设计、性能分析、参数优化、加工制造和试验研究,摸索出了可行的工艺方案,满足了零件的加工精度。     

基于弹性构架的高速列车动力学分析

为了分析弹性构架的结构振动特性及其对车体、轮对等部件振动响应的影响,利用ANSYS建立了构架的弹性体,并采用多体动力学软件建立了高速车辆的刚柔混合动力学模型,通过仿真计算表明:弹性构架振动加速度幅值及其振动频率范围都高于刚性构架,在高速工况下,横向与垂向平稳性指标明显高于刚性构架时的动力学指标.由此建议在进行高速工况动力学分析时,构架考虑为弹性体更符合车辆的实际运行状态.     

蛇腹套弹性夹具在气缸套生产中的应用

如图1,干式气缸套的加工质量要求较高,以前通常采用弹性套筒夹具和液性塑料夹具装夹加工,前者存在弹性套筒制造精度难以保证,自动定心精度难以控制。后者定心精度较高,但对切削热相当敏感,塑料易老化,配制塑料成份控制严格。由于干式气缸套壁厚较薄(1～3mm)易变形。故该2种夹具在使用中都易使工件变形大,而限制了它们在干式气缸套生产中的使用,为此我厂开发成功蛇腹套弹性自动定心夹具。     

电源类型对短电弧-电化学复合加工放电凹坑影响研究

放电凹坑大小影响着加工表面形貌的一致性,放电凹坑的凸起高度及凹坑表面的重铸层对加工表面质量有重要影响。文章基于短电弧-电化学复合加工方法,在直流与脉冲两种常用电源类型下对钛合金TC4进行单次放电实验,分析两种电源类型下的短电弧-电化学复合加工单次放电凹坑尺寸及影响规律;结合单次放电凹坑实验所采集到的波形与电弧放电过程仿真模型对电弧放电过程的等离子体放电通道变化进行研究。研究结果发现,直流与脉冲放电凹坑的尺寸与影响规律差异与电弧的断弧方式有关,不同的断弧方式对等离子体放电通道产生影响,直流电弧倾向于通过流体介质运动和极间距离改变进行断弧,而脉冲电弧通过脉冲后沿电压变化和极间距离改变进行熄弧。这两种断弧方式不仅影响了凹坑的尺寸形貌,也影响了断弧后的电化学腐蚀效果。     

一种精磨长薄壁套筒的弹性心轴

长薄壁套筒装夹困难、易产生加工变形 ,结合液性介质定心夹具设计原理和气缸活塞工作原理 ,设计了一种结构简单、使用方便、成本低、适用范围广的弹性心轴。     

线切割加工连续脉冲放电电极丝三维振动分析

在线切割加工过程中,由于放电通道内电极丝受到张紧力、放电合力、流体阻尼等作用,电极丝必然会产生挠曲变形和振动现象,严重影响线切割加工的效率、精度和稳定性,主要体现在工件加工精度、表面粗糙和切口宽度。从分析放电通道内的电极丝受力情况出发,将放电合力进行傅里叶变换,结合弦振动非线性偏微分方程,建立三维多脉冲放电的电极丝振动模型,运用COMSOL仿真软件,求解电极丝振动振幅数值解。在此基础上,分析各个因素对电极丝振动的影响规律,已获得减少电极丝振动振幅的实践加工方法,为实际加工过程提供理论指导依据。     

超声振动辅助电火花铣削间隙流场分析与验证

为研究超声振动对电火花铣削间隙流场的作用,根据流场理论将超声振动辅助电火花铣削间隙流场简化为二维流场,建立间隙流场动力学基本方程并推导出间隙流场在x和y方向的压力变化方程。通过Fluent有限元软件建立二维轴对称旋转仿真模型,验证该方程的正确性。分析了间隙流场交变压力的作用,并进行实验验证。研究结果表明:在超声振动的作用下,加工间隙中电介质沿x和y方向超声频率周期性变化的压力增强了空穴作用,促进了电介质的循环,减少了短路和电弧放电,提高了加工过程的稳定性和加工效率,进而提高工件材料去除率,同时能够减小火花放电凹坑深度,使工件加工表面的熔融金属铺展得更均匀,从而降低工件加工表面粗糙度。     

旋转超声辅助电弧加工机床设计

针对电弧加工技术的原理及特点,设计了一种旋转超声辅助电弧加工机床,可以加工硬脆材料。电弧加工机床采取C型结构,由机床机械本体和数控系统组成。设计的机床机械本体主要由X-Y-Z三坐标轴工作台、超声旋转主轴、立柱和工作液槽等组成。设计数控系统由控制开关、运动控制器、伺服驱动器、脉冲电源、超声发生器、电脑工控机组成。最后,通过Pew in32Pro2软件进行编程,利用研制的电弧加工机床对不同厚度不锈钢片进行电弧加工实验。实验结果表明:在一定的超声振动频率辅助下,电弧加工工件质量更好,边缘更加圆滑。