高速旋转磨粒电极电化学放电加工氧化锆陶瓷小孔试验研究

氧化锆陶瓷因其高硬度、高熔点等优异特性,被广泛应用于各工业领域中,然而,该材料加工难大,难以实现高效率、高质量、高精度加工。传统电化学放电加工（electro-chemical discharge machining, ECDM）氧化锆陶瓷,虽可通过增大能量提升加工效率,但易因材料内部热应力过大等问题,而产生大量的微裂纹等缺陷。为此,提出采用高速旋转磨粒电极电化学放电加工的方法对氧化锆进行小孔加工。通过与传统电化学放电加工进行对比试验以分析其加工特性,研究发现磨粒电极能够提升气膜的稳定性,减少放电热冲击所产生的热缺陷,进而改善小孔的加工质量,结果表明其加工精度提高了63.9%。此外,还进一步研究了不同占空比、电解液浓度、频率以及转速对氧化锆陶瓷的加工影响规律。通过单因素试验,确定了适宜的工艺参数组合为占空比80%、电解液浓度15 wt%、脉冲频率17.5 kHz和转速10 000 r/min。在该参数组合下,成功加工出深度达670.4 μm、过切量为108.9 μm的小孔。     

电化学放电加工中气膜厚度及其影响研究

玻璃作为一种非导电硬脆材料,在光学、生物医学、微机电系统等领域应用广泛。电化学放电加工作为针对绝缘硬脆材料的有效微细加工技术,可以在玻璃上进行有效的微结构加工。在电化学放电加工中,放电现象通过击穿气膜产生,气膜作为加工过程中最重要的介质,其质量是形成良好的表面微结构的重要因素。文章研究的重点是气膜特性及其对放电能量分布的影响。研究采用三因子三水平的全因子试验方法,以电源、占空比、频率三种电源参数为影响因子,气膜厚度为响应进行试验研究,获得最佳气膜质量的工艺参数组合。此外,在石英玻璃和K9光学玻璃两种玻璃上进行了微小孔加工的实验。结果表明,最佳工艺参数组合下能获得更薄气膜,同时也是获得更小径向过切、大的深径比、圆度误差较小的微小孔的最佳条件。     

超微孔加工技术的工艺研究

主要介绍了超微孔加工工艺的技术特点，尤其是在对非导电超硬材料利用超声加工和研磨超微细孔的工艺研究上所取得的一些进展，作了分析归纳，以便超微孔的加工技术在该相关领域的推广和应用。     

微孔超精密加工研究进展

近年来,电子、医药、航空航天等行业对高质量微孔结构的需求量日益增加,但加工精度低、加工半径尺寸受限、在复杂零件上加工困难等问题限制了其应用.传统微孔加工方法已无法满足高加工质量要求,超精密微孔加工方式仍有许多问题亟待解决.因此,本文对电化学、微细电火花、超声波、飞秒激光、复合加工等超精密加工方式在微孔加工中存在的问题进...     

脉冲激光电化学复合加工的试验研究

在所构建的激光电化学复合加工系统中,加入透光导电的氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)导电玻璃作为工具阴极,使电场分布更加均匀,有利于工件表面形成均匀的钝化膜,保证了激光电化学的高效复合。采用该复合方法在浓度为0.5 mol/L的Na NO3溶液中对铝合金进行了加工试验,研究了不同的工艺参数对激光电化学定域性的影响。应用扫描电子显微镜、光学显微镜对工件的加工形貌进行检测。结果表明:随着激光的能量、频率、加工电流的增大,槽的宽度变大;随着进给速度的增大,槽的宽度变小。     

导电性工程陶瓷材料的放电加工研究

通过专用脉冲电源脉冲放电能量的控制,进行了导电性工程陶瓷材料的电火花放电加工试验研究,提供了一种稳定加工导电笥工程陶材料且能控制加工质量的电火花放电加工方法。     

超声频间隙脉冲放电加工研究

作者提出了超声频间隙脉冲放电加工新技术，并对该技术进行了理论分析和加工实验。本刊将从本期起分四次刊出超声频间隙脉冲放电加工的基本原理、工作液选择、理论分析和实验研究。     

印刷电路板微孔加工的问题及发展

随着电器产品小型、轻量、高密度和高可靠性的要求,印刷电路极微孔加工的难度越来越大。本文对其冲孔和钻孔中孔径超差、毛刺和污斑的产生、钻孔位置偏离等现象及原因进行了分析,介绍了目前印刷电路板微孔加工的发展概况,比较了不同加工方法的优缺点,并介绍了专用微孔加工机床的性能、空气轴承主轴部件的应用、专用钻头的结构形状、材料和适用范围等问题。     

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。     

气体放电加工基础工艺试验研究

采用单因素法进行了基本的工艺参数(电参数、伺服参考电压等)对气体介质放电加工性能影响的试验研究。试验结果表明:气体介质的放电加工适于采用正极性加工。在试验加工的范围内,工件的蚀除速度和表面粗糙度值随脉冲宽度和峰值电流的增加而增加,随脉冲间隔的增加而减小。极间并联合适的电容能够使加工速度和加工表面粗糙度有所改善,并对此现象进行了分析。对于某一确定的加工参数,存在一个较佳的伺服参考电压值,使加工性能较为稳定。工具电极具有较高的旋转速度能够使气体放电加工性能得到提高。使用氧气介质能够实现快速电火花加工,并根据不同气体的物理性能对不同气体介质的加工性能进行了分析。工件表面显微硬度测试结果表明:空气中放电加工的工件的表面硬度比基体硬度高,比煤油中加工的工件表面硬度低。     

安全滤网阵列网孔激光—电解组合加工

安全滤网阵列网孔的高效、高品质和高适应性加工至今仍面临重大技术挑战。基于此,提出采用激光-电解组合加工技术制备安全滤网阵列网孔结构。介绍了激光-电解组合加工技术的试验加工系统,探究了工艺参数对微孔形貌质量和加工精度的影响规律,并开展了安全滤网阵列网孔的制备。试验结果表明：激光加工路径显著影响微孔出口的形貌,采用同心圆轨迹（外径270μm,内径230μm,线间距2.5μm）能够显著改善微孔出口的圆度;激光功率越大、切割速度越小,微孔直径及其热影响区均越来越大;NaNO3-乙二醇溶液作为电解抛光液能够在加工表面形成扩散层发生电解抛光,将激光加工产生的喷溅物和毛刺等缺陷去除;基于优化工艺参数,加工出253个直径0.31 mm的阵列网孔结构,出入口直径方差仅为2.02和1.71,展示出较高的尺寸一致性。激光-电解组合加工技术在薄壁件上高效、高品质制备阵列网孔结构方面具有很强工艺能力和发展潜力。     

基于螺旋电极的CFRP微孔高质高效电火花加工

为实现CFRP高深径比微孔的高质高效加工,首先通过扫描电子显微镜和高速摄像对CFRP电火花加工蚀除产物和极间现象进行观测和分析,以揭示导致CFRP电火花加工难题的机制。研究结果表明,加工过程中同一根碳纤维上的相邻点放电断裂蚀除机制以及极间喷射力引起的弯折断裂蚀除机制会产生大尺寸的碳纤维放电屑,且碳纤维放电屑的长度方向尺寸远大于普通金属的颗粒状放电屑,这导致其难以从微小的极间间隙排出,从而造成加工状态不稳定,这不仅影响加工效率和加工质量,甚至导致高深径比微孔电火花加工难以实现。基于此,提出基于螺旋电极的电火花加工方法,该方法不仅可以改变极间流场以促进排屑,还可以增大放电屑的包容空间,从而可有效地解决大尺寸碳纤维放电屑难以高效排出的难题。基于螺旋电极的电火花加工稳定实现了直径300μm、深径比13以上的CFRP微孔加工,且加工质量和加工效率显著优于棒状电极。     

电极丝失稳临界摩擦力及临界转速研究

微细孔电火花加工过程中,电极丝与导向器间的摩擦力控制不合理极易导致电极丝断丝和电极丝振动加剧,影响加工效率和加工精度。将电极丝简化为Euler-Bernoulli梁,建立电极丝受压失稳的临界摩擦力计算模型和电极丝固有模态计算分析模型。利用建立的通用模型进行分析,得到直径为0.19mm的钨电极丝避免断丝的临界摩擦力,并结合有限元方法分析电极丝长度及摩擦力对电极丝横向振动固有频率的影响规律,进一步确定了微量进给旋转轴的临界转速。该结论可从理论上指导电火花孔加工过程中工艺参数的选择和优化。     

超大深径比深小孔电火花加工工艺探索

为了提高小孔加工的深度极限,改善加工精度,进行了一系列的实验研究。通过实验,选取了合适的电极和涂层材料。利用该工艺方案,大大的提高了深小孔加工的深径比和精度,取了较满意的实验结果。     

Micro-electrodischarge machining using water as a working fluid—I: micro-hole drilling

Micro-electrodischarge machining (medm) using water as a working fluid is systematically studied to find its characteristics. As a result, the unique advantages of high removal rate, low electrode wear and consequently higher working efficiency, without formation of carbonaceous materials are found under optimum experimental conditions, as compared with the case when kerosene is used. This was achieved by the choice of suitable combinations of electrode and workpiece materials and electrode polarity. Use of a tungsten electrode with straight polarity is exceedingly good with respect to high removal rate and low electrode wear. This makes it possible to obtain a non-tapered straight micro-hole around 0.1 mm in diameter with a certain anticipative working gap. The advantageous properties of this machining method are effectively utilized to drill deep micro-holes with a ratio of depth to diameter of the order of 10–17 as in the case of 2.9 mm depth and 0.17 mm diameter, which is superior to the limits achievable with both electrodischarge drilling (edd) using kerosene and mechanical drilling with a micro-drill.     

电化学制造新进展

电化学制造技术包括电解加工和电铸成形。电解加工适合于制造难加工材料零件,批产效率高,是航空、航天、兵器等工业领域的重要制造技术之一。随着研究工作持续进行,21世纪以来电化学制造技术取得了显著的进步。介绍和分析电解加工在精度、加工的极限尺度、新的加工模式、复合加工等方面的研究进展,重点讨论脉动态电解加工、微细电化学加工、线切割电解加工、旋印电解加工、电化学复合加工等研究热点的现状和发展,其中脉动态电解加工、线切割电解加工和旋印电解加工等技术方法已在整体叶盘、涡轮盘榫槽、薄壁机匣等航空发动机制造中发挥重要作用或展现出技术优势。电铸成形技术具有极高的复制精度,承担了一些特殊的精密制造任务。在微器件制造方面,LIGA技术已经在二维器件制造方面获得了很多重要应用,目前的研究热点集中在三维金属微结构电铸成形方面,介绍和评述国内外在此方向的研究进展。电解加工与放电、机械、激光等其它能场复合,在提高加工效率、加工精度等方面取得了不错的研究进展。     

精密微小孔的电解—磨削复合扩孔加工技术研究

采用电解—磨削复合扩孔加工技术加工精密微小孔,探讨了其加工机理,分析了多种因素对微小孔加工精度和表面质量的影响,如加工电压、进给速度、电极转速。通过对加工参数的优化,采用微小金刚石导电磨针在厚度为0.3mm的不锈钢片上加工出高精度、低表面粗糙度的微小孔。     

电化学机械精准光整加工技术研究

介绍了该研究组近年来在电化学机械精准光整加工技术研究方面的工作进展情况,包括：光整过程中同时完成形状成形的光整与成形复合加工技术;同时改善零件精密度和表面形貌的跨尺度精确成形加工技术;保证精密度条件下改善表面形貌的自由曲面零件手持式工具光整加工技术。研究工作表明：通过合理优化电化学机械加工工艺系统结构和参数,对于齿轮、轴承等规则表面零件,可以实现同时改善零件精度和表面几何形貌;对于非规则表面零件,可以在保证零件精密度条件下改善零件表面几何形貌。     

激光诱导空泡微孔抛光机理及实验研究

针对微孔抛光的问题,提出了一种新的抛光方法,该方法利用激光聚焦水中产生空泡,并利用激光等离子体冲击波、空泡溃灭冲击波和射流推送磨粒进行微孔抛光。通过高速摄影仪和高频动态压力传感器对激光诱导空泡机理进行了研究。利用不同激光脉冲能量、脉冲次数和脉冲频率对304不锈钢管进行抛光实验,发现随着激光脉冲能量（7~21.6mJ）和脉冲次数（0~7000）的增加,微孔表面粗糙度也随之改善;同时激光在低脉冲频率（1~10Hz）情况下,改变脉冲频率的大小对微孔的抛光效果影响不大。对微孔在不同位置的抛光效果进行了对比分析,发现孔入口1~1.5mm处的抛光效果较好,孔中和孔尾的抛光效果不佳。通过激光诱导空泡微孔抛光机理和实验研究,表明微孔抛光过程是激光等离子体冲击波、空泡溃灭冲击波和射流共同作用的过程,并得到了激光微孔抛光的一般规律。