基于积分作用机理的微细电火花单道扫描加工工艺研究

在微细电火花分层扫描加工过程中,电极端部及零件轮廓横截面容易出现钝圆现象。对其中存在的放电脉冲在正负两极产生的积分蚀除机理进行了分析,并利用典型的中空工具电极,结合设计的微细电火花单道扫描加工仿真软件,开展了中空电极在旋转和不旋转两种条件下的单道扫描加工仿真分析与实验验证,对工具电极与试件截面轮廓的测量结果表明,微细电火花单道扫描加工中,放电脉冲对两极存在差异化的积分蚀除作用,该差异受工艺参数影响较大。     

微细电火花加工参数优化及加工质量分析

参数优化是微细电火花铣削加工中常见的问题之一。对引信保险机构的组成零件进行微细电火花铣削加工,分析微细加工中的参数优化对加工质量的影响。实验得出,加工过程中脉宽、脉间及电流应匹配适用,分层厚度应灵活调整。     

水气联合电火花加工实验研究

将自来水和压缩空气作为电介质,使用实心成形电极对钢件进行电火花加工实验,探讨其加工机理。实验证明,空气与水的配合状况对电火花效果起着决定性作用;加工中可以获得较大的加工速度(材料蚀除速率)和较低的电极相对损耗,加工后工件表面粗糙度值一般较大;水气联合电火花加工适宜于高电流大脉宽加工。     

电火花单脉冲放电实验研究

单脉冲放电过程是电火花放电加工的基础,借助脉冲个数和脉宽参数均可调的脉冲电源在不锈钢和紫铜两种材料的工件上进行了电火花单脉冲放电实验,对单脉冲放电蚀除的特征和规律进行了探索研究。对单脉冲放电蚀除凹坑尺寸的统计与分析结果表明:正极性加工得到的凹坑较大且形状规则,单脉冲能量较小时,凹坑直径深度比更大,能量利用率更低。     

超短脉宽电火花加工工件表面蚀除模型分析

分析了在电火花加工中单脉冲超短脉宽放电情况下,工件电极表面蚀除凹坑的形成机理,并建立了凹坑形成的数值模型,应用ANSYS对所建模型进行了仿真模拟,最后进行了单脉冲电火花放电去除验证性试验,对尖孔蚀除模型进行了验证,取得了较理想的结果。     

弱电解质溶液EDM/ECM复合加工机理研究

弱电解质溶液中利用电沉积补偿电极损耗的电火花/电化学复合加工技术可以大幅降低电极损耗,对提高微细电火花加工效率具有重要意义。由于该工艺方法是EDM/ECM复合加工领域一个新的研究方向,研究成果很少。为加深对利用电沉积补偿电极损耗的电火花/电化学复合加工技术的认识,基于实验结果,对弱电解质溶液中的电火花/电化学复合加工的材料去除机理、放电通道形成机理及电极损耗机理进行了初步探索,得到了以下结果:电火花放电蚀除和电化学溶解共同将工件材料去除;大量气泡存在于电极间隙使复合加工放电通道的形成异于电火花放电加工;电沉积作用和电火花放电蚀除共同对工具电极损耗产生影响。     

微型刀具电火花加工工艺研究

为研究采用电火花成形加工方式制造微型刀具的可能性,掌握电火花加工微型刀具的工艺规律,针对两种刀具材料进行了表面粗糙度和蚀除率的加工实验.分析了实验结果与常规情况表面粗糙度规律出现差异的原因.研究结果表明,微细电火花成形加工适用于微型刀具的制备.     

甚高频共振式脉冲源放电蚀除

针对传统微细电火花脉冲电源普遍存在的放电频率低、脉宽较大、纳米级高效蚀除能力难以日益提高的问题,设计出了一种基于电路共振原理的甚高频微能脉冲源,该脉冲源可产生放电频率55 MHz、电压峰峰值220 V的开路电压波形,电压脉宽可压缩至9.1 ns。进行了不同开路电压下的放电实验,获得了各实验条件下的放电波形。实验结果证明所设计的甚高频微能脉冲源具有良好的加工工艺性能。     

电铸工艺对工具电极材料抗电蚀性能的影响研究

提升基于准LIGA工艺制作的微细电火花加工工具电极材料的耐电蚀能力,是准LIGAMicroEDM组合加工高深宽比三维微结构可靠实现的重要研究内容。论述了该组合加工的技术优势及其工艺路线,理论分析了电铸电极材料电蚀性的影响因素,试验研究了电沉积工艺参数和操作条件如添加剂种类及其添加量、电流密度、温度等对电铸铜工具电极电蚀能力的影响。结果表明,组合添加适量明胶和Cl-,在适当的电流密度和温度等工作条件下,电铸出的铜工具电极在微细电火花加工中表现出超强的耐电蚀能力,重量相对损耗为0.3%。     

喷雾电火花铣削加工的能量分配与材料蚀除模型

针对喷雾电火花铣削加工(Electrical discharge milling, ED-milling)建立电蚀坑形成过程的热-流耦合模型,并改进电火花加工中放电能量在阴极及阳极分配系数的判断方法来为所建立的蚀除模型提供边界条件。此外,通过试验得到不同放电参数下的电蚀坑半径,并对蚀坑半径随脉宽和电流变化的规律采用最小二乘法进行拟合作为等离子体扩张方程。基于材料蚀除的热-流耦合二维模型,应用仿真-试验比对的方法得到雾中电火花铣削加工时放电能量在正极的分配系数近似为0.29,负极分配系数约为0.025。根据相关加工参数及所建立的模型,对喷雾电火花加工的电蚀坑尺寸进行计算并与试验测量结果进行对比,两者误差约在8%,证明该模型是可信的。通过对比试验和分析结果,可知喷雾电火花铣削加工中放电通道中的能量分配在阳极的比例远大于阴极,从而揭示了在雾中电火花加工中工件接正极时材料去除率更高的原因。通过所建立的阴、阳极的蚀除模型,用于对喷雾电火花加工的材料去除率、表面粗糙度等进行推导和预测,从而优化工艺参数并减少加工成本。此外,所建立的模型可进一步扩展应用到液中、气中等多种电火花加工(Electrical discharge machining, EDM)中,并为EDM加工机理的研究提供了一种可行的方法。     

Determining the energy distribution during electric discharge machining of Ti–6Al–4V

The titanium (Ti) alloys are the notoriously “difficult-to-machine” aerospace materials. Compared with the traditional mechanical cutting methods which are costly because of high tooling costs, electrodischarge machining (EDM) is an effective machining method for the Ti alloys. The energy distribution during the EDM process of Ti alloys was rarely reported, though it is a very important factor that can affect the machining performance. In this work, the energy distribution during EDM of Ti–6Al–4V has been investigated by a novel method, at different EDM parameters including interelectrode distance, pulse duration, polarity, and electrode shape. The results of this work show that energy distribution characteristics are greatly affected by the power density applied on the electrodes and more energy is distributed into the anode than into the cathode, which are in good concurrence with the results obtained by other authors. The results of this work will be helpful for further improving the technological performance of this process.     

空气中微细电火花沉积与去除可逆加工技术研究

论述了一种新的电火花加工方法。它使用通用的电火花成形加工机床,利用常见的电极材料,在空气介质中,通过脉冲放电在工件表面上沉积生长电极材料,再通过反转极性和适当的轨迹控制对所生成的沉积材料进行有选择的去除加工,进而实现材料的生长与去除可逆加工。通过对电火花加工理论的研究,预测和论证了实现这一新加工方法的可能性和实现条件。通过试验成功地将钢、铜和钨三种电极材料沉积到工件上,形成直径为 100~240 mm、高度为1 000~2 500 mm的微小圆柱体。并对沉积物进行了选择去除,实现了在同一设备上的可逆电火花加工。对沉积材料的致密性、硬度及其与工件的结合强度等进行了系统的分析,表明沉积物组织致密、坚硬,可以满足功能材料的要求。     

微细电火花加工设备技术研究

微细电火花加工的关键设备技术涉及电极的微进给伺服机构、电极和工件的附加树对运动机构、微小能量放电电源以及加工状态检测与控制系统等。文章围绕微细电火花加工系统的设计系统，介绍基于压电致动原理以及摩擦传动的微进给机构、工具电极的线放电磨削机构和旋转主轴、以及微小能量放电电源的设计等，并指出需要进一步研究的课题。     

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。     

Study of the Batch Production of Micro Parts Using the EDM Process

The micro machining of copper plates by the electrical discharge machining (EDM) process is described. Tungsten carbide was selected as the material for the electrode. Experiments were carried out on a conventional CNC-EDM machine to investigate machining of micro holes, and micro slots. The results show that micro holes, and micro slots can be successfully processed on a conventional CNC-EDM machine. To improve the productivity of micro parts using the EDM process, a batch production method of micro EDM using multi-electrodes has been studied. A new technique for preparing multi-electrodes has been developed. Results also show that the batch production of micro parts using EDM is feasible and that the batch production of micro parts using EDM process with multi-electrodes is very effective.     

微通道结构带状电极电火花加工方法研究

针对大厚度、高深宽比金属微通道结构加工的难题,提出一种带状电极电火花加工方法,利用厚度30～100 μm的带状电极,在金属基体上高效制造微通道结构。研究了带状电极电火花加工机理,建立了带状电极在加工间隙中的运动模型,分析了影响带状电极运动的主要因素,搭建了带状电极电火花加工装置,开展了微通道结构带状电极加工实验研究,获得了带状电极电火花加工基础工艺规律。利用带状电极电火花加工方法成功加工出的具有200条微通道的反应器结构和44×45微换热器阵列结构,表明带状电极电火花加工可以实现窄宽度(100 μm以下)、大厚度(35 mm以上)、高深宽比(10以上)和高精度(缝宽标准差3 μm以内)的大批量微通道结构的高效加工,相关方法和技术有望在微模具、微散热器、微反应器等领域获得推广和应用。     

MICRO ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING DEPOSITION IN AIR

A new deposition method is described using micro electrical discharge machining (EDM) to deposit tool electrode material on workpiece in air. The basic principles of micro electrical discharge deposition (EDD) are analyzed and the realized conditions are predicted. With an ordinary EDM shaping machine, brass as the electrode, high-speed steel as the workpiece, a lot of experiments are carried out on micro EDD systematically and thoroughly. The effects of major processing parameters, such as the discharge current, discharge duration, pulse interval and working medium, are obtained. As a result, a micro cylinder with 0.19 mm in diameter and 7.35 mm in height is deposited. By exchanging the polarities of the electrode and workpiece the micro cylinder can be removed selectively. So the reversible machining of deposition and removal is achieved, which breaks through the constraint of traditional EDM. Measurements show that the deposited material is compact and close to workpiece base, whose components depend on the tool electrode material.     

Development of parallel spark electrical discharge machining

This paper describes the development of parallel spark EDM method. In the discharge circuit, the electrode is divided into multiple electrodes, each of which is electrically insulated and connected to the pulse generator through a diode. A capacitor is inserted parallel to each discharge gap between each electrode and workpiece (here workpiece is common for each electrode). Compared with conventional EDM in which only a singular discharge can be generated for each pulse, multiple discharges can dispersively be generated for each pulse in parallel spark EDM. Results of experiments on parallel spark EDM and conventional EDM show that not only is the machining process more stable, but the machining speed and surface roughness can also be improved with parallel spark EDM.