短电弧铣削加工实验平台

与传统金属材料加工技术相比,短电弧加工技术具有加工时间短、刀具磨损率低和节能环保等优势,在金属材料加工领域得到快速普及。但是该技术较为复杂且加工过程中随机性较强,因此无法进一步提升使用效率。为了解决这个问题,需要基于电参数与非电参数对于短电弧铣削加工能力的影响,对短电弧加工技术的各项参数进行优化,研发更为高效的短电弧铣削加工实验平台。     

数控短电弧铣削加工最优进给速度研究

在实验基础上得出短电弧铣削加工进给速度对工具电极相对损耗的影响规律,并确定在特定铣削深度下的最优加工速度。实验分析发现:进给速度增加的过程中,各个阶段的损耗方式不相同;在一定范围内,随着工具电极进给速度的增加电极相对损耗呈现先减小后增大的趋势,当加工速度增加到0.75 mm/s时,电极相对损耗达到最小值10%。根据短电弧加工的机理和特点,提出了"逐差法"寻找不同铣削深度下最优电极进给速度,与手动寻找最优加工速度相对比发现二者结果相近。证明"逐差法"的准确性,为日后短电弧铣削加工探寻电极损耗提供参考。     

基于电参数的GH4099短电弧铣削加工工艺研究

短电弧铣削加工作为一种新的放电加工技术,本质上是一种热加工,其对镍基高温合金的加工具有很大优势。为探究短电弧铣削加工GH4099最优电参数工艺组合,创造性建立了GH4099短电弧铣削加工放电凹坑数值模拟模型,研究了电压、频率和占空比对放电凹坑形貌的影响规律,得出GH4099加工的最优电参数：30 V、1 kHz、60%,并通过设计实验,验证该参数加工下的工件材料去除率以及表面质量。这不仅可以实现GH4099材料的高效加工,而且能促进短电弧热加工理论的完善。     

高速铣削GH4169合金的刀具磨损研究

为研究高速铣削GH4169合金的刀具磨损问题,采用正交试验法基于DEFORM软件对GH4169合金的铣削加工过程进行了仿真,得到不同组刀具磨损仿真结果,并对仿真结果进行极差分析,得出不同铣削用量对刀具磨损的影响程度和最优方案。同时,对GH4169合金进行实际铣削加工试验,并与仿真结果进行对比分析,验证了仿真模型的有效性和可行性。选取不同的铣削用量,基于DEFORM有限元仿真软件,通过单因素试验法模拟GH4169合金的铣削过程,得出铣削用量对刀具磨损的影响规律。研究结果表明：对刀具磨损的影响程度由大到小依次为每齿进给量、切削速度和背吃刀量,并通过铣削试验验证了此规律的准确性。     

GH4169镍基高温合金铣削过程数值模拟

针对GH4169镍基高温合金难加工、效率低以及切削过程中难以直接获得观测数据的问题,基于ABAQUS仿真平台建立了三维铣削数值模拟模型,在此基础上设计了切削参数正交试验以及基于刀具螺旋角和径向前角的单因素试验,分析了不同切削参数对切削力和切削温度变化规律的影响。结果表明:采用大的切削速度和轴向切深以及小的进给量可以获得更小的切削力和更低的切削温度,提高铣削效率;优化结构后的刀具在相同的切削参数下可以获得更小的切削力和更低的切削温度。     

GH4169高温合金铣削力试验研究

针对高温合金材料GH4169的切削加工性差的特点,设计了铣削力测量试验,以研究切削用量、冷却措施等因素对高温合金数控铣削过程产生的铣削力的影响。通过铣削试验分析,得到了切削参数与铣削力的变化曲线,提供了合理的切削参数;利用线性回归方法建立了铣削力经验公式,并通过了试验验证;进行了干切削与乳化液冷却的铣削力对比试验。试验表明选择合理的切削参数和冷却措施能有效抑制铣削力的产生。     

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。     

高温合金GH4169铣削参数优化的研究

针对GH4169材料的难加工性,设计了四因素三水平正交切削实验,应用刀具分析软件THIRD WAVE AdvantEdge对其进行模拟加工。以铣削力为目标进行参数优化,通过对不同加工工艺参数的研究,得出了转速、切削宽度、每齿进给量及切削深度等因素对切削力的影响,为GH4169的高效加工提供了有力依据。     

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。     

基于短电弧加工的镍基高温合金表面质量初探

采用短电弧高效加工方式对GH4169镍基高温合金加工,在不同的电源放电参数下观察工件加工表面材料去除率、工件加工表面粗糙度、显微硬度、热影响区等参数分析,并使用SEM设备观察工件加工表面,初步得出在不同加工电源参数下所获得的试件表面质量规律,实验证明:可以寻找到一个到既有较高的材料去除率并可保证较小的热影响区的理想加工电参数点;材料去除率随着电压的降低而降低;工件表面显微硬度在不同加工电压下的变化趋势大体一致;能谱分析表明试件表面合金化程度随着加工电压的升高而升高。通过调整电源参数可以使得短电弧加工GH4169镍基高温合金的方式得到较为满意的表面加工质量。     

GH4169铣削残余应力研究及工艺参数优化

GH4169材料在航空、航天热端部件的制造中应用较多,为了改善GH4169材料的工件疲劳寿命、提高加工效率,文章设计了GH4169铣削工艺参数与工件表面残余应力之间的正交试验。通过试验,建立了铣削参数与铣削表面残余应力之间的经验公式,分析了铣削参数对铣削表面残余应力的影响规律。另外,应用遗传算法,以铣削表面残余应力、材料切除率的期望值为优化目标,对铣削参数进行了多目标优化,并对优化结果进行了试验验证。结果表明：切削速度对X、Y向残余应力的影响是最主要的,每齿进给量对于X向残余应力的影响次之,对于Y向残余应力的影响最小;切削深度对于X向残余应力的影响最小,对于Y向残余应力的影响次之;较小的切削速度和较大的每齿进给量有利于获得期望的表面残余应力,切削深度的变化对残余应力的影响较小;优化的铣削参数组合为：vc=26.64 m/min,ap=0.45 mm,fz=0.10 mm/z,ae=0.25 mm,可以降低GH4169材料表面残余拉应力,提高切削效率,为GH4169零件铣削参数的选取提供依据。     

电火花加工中电极材料对加工性能影响的试验研究

以电火花多电极加工3Cr13模具型腔为研究对象,以提高材料去除率和降低电极损耗为目标,对负极性标准切入加工时不同电极材料的电火花加工性能(加工效率、电极损耗)进行研究,设计并进行了不同工艺参数下紫铜电极和Cu50W铜钨合金电极加工试验,获得了不同条件下的材料去除率和电极相对损耗参数,并对多电极电火花加工工艺及经济性进行了分析,结果表明:相同工艺参数下,加工性能因电极材料热学性能不同而不同,Cu50W铜钨合金的材料去除率约为紫铜的85.7％,而电极相对损耗约为紫铜的42.9％,从而为电火花加工不锈钢模具材料的电极选择提供了理论依据.     

基于正交试验法的GH4169高速铣削表面粗糙度研究

对镍基合金GH4169试件高速铣削加工表面粗糙度进行了正交试验,运用极差分析法得出4个试验因素对表面粗糙度影响程度的不同,绘制了铣削参数对表面粗糙度的影响趋势曲线,并对其影响原因进行了分析。     

基于ABAQUS的GH4169高温合金铣削参数优化仿真

由于GH4169镍基高温合金加工效率低、刀具磨损严重、切削成本高以及实际加工过程中很难直观获得观测数据,因此基于ABAQUS建立了三维铣削模型,通过正交试验进行铣削参数优化,研究切削工艺参数即切削速度vc、切削深度ap、每齿进给量fz对GH4169高温合金铣削过程中铣削力和铣削温度的影响.结果表明,切削深度ap对切削力...     

GH4169高温合金球头铣刀铣削有限元仿真分析

GH4169高温合金在切削加工过程中通常会产生较大的切削力和较高的切削温度,进而难以控制加工表面完整性。借助ABAQUS有限元分析软件中的Johnson-Cook热力耦合模型建立球头铣刀简化模型,对GH4169高温合金的铣削加工过程进行三维有限元模拟仿真,研究GH4169高温合金材料在球铣削过程中的切削力、切削温度、等效塑性应变和应变率的变化与分布规律,并对比分析仿真结果与试验结果的差异。研究结果表明,仿真模型的预测结果与试验测量结果有较好的一致性,所构建的铣削有限元仿真模型为球头铣刀的铣削加工提供了可参考的切削要素。     

均匀化热处理对电弧增材制造GH4169合金组织影响

采用电弧增材制造工艺成形GH4169合金,研究了不同均匀化工艺条件对沉积态GH4169合金微观组织的影响。研究结果显示：当均匀化热处理温度为1 120℃时,随着保温时间的延长,沉积态柱状晶逐渐转变为等轴晶,平均晶粒尺寸呈逐渐长大趋势,Laves相体积分数逐渐减小,在保温90 min后,平均晶粒尺寸长大至178.9μm, Laves相完全溶解;当均匀化热处理保温时间为1 h时,随着热处理温度的升高,晶粒平均尺寸逐渐长大,Laves相体积分数逐渐减小,在热处理温度为1 200℃时,Laves相体积分数降低至0.64%,平均晶粒尺寸长大至170.35μm,此时沉积态柱状晶已完全转化为等轴晶。最终确定均匀化热处理参数为：热处理温度1 120℃,保温时间90 min。     

高速铣削GH4169镍基高温合金切削温度的研究

为了研究GH4169镍基高温合金在高速铣削过程中不同切削用量对切削温度的影响,采用正交试验法对其进行切削仿真,并对铣削加工仿真结果进行分析,得到切削用量与切削温度的关系。为验证仿真结果的合理性和准确性,进行了GH4169镍基高温合金高速铣削加工试验,对比分析高速铣削试验和高速铣削加工仿真的结果,验证GH4169镍基高温合金高速铣削仿真模型的准确合理。在已确定的加工仿真模型基础上进行单因素试验,研究不同切削用量对切削温度的影响。结果表明：在切削速度、每齿进给量和背吃刀量均增大的条件下,铣削温度都逐渐上升,但增长速率呈下降趋势。     

PCD刀具高速铣削GH4169合金的刀具磨损规律研究

为研究PCD刀具高速铣削GH4169合金时刀具的磨损规律,采用单因素试验法分别对不同铣削参数下后刀面磨损程度随切削路程的变化进行对比。结果显示主轴转速对高速铣削GH4169合金时刀具磨损的影响不大,采用顺铣、切削液冷却的方式,并适当降低每齿进给量有助于减小刀具磨损。使用BP神经网络对试验数据进行训练,建立了刀具磨损预测的模型,预测结果与实际结果误差在5%以内。     

短电弧套料加工试验及电极加工特性的分析

短电弧加工技术是一种新型的特种电加工技术,它能有效地解决高硬度、高强度和高韧性导电材料的加工难题,而这些难加工材料的深孔套料加工难度更大,因此将短电弧加工技术应用于深孔套料加工,可以提供一种新的深孔套料加工方法。主要分析了短电弧加工机理和放电过程的形成,并通过所设计的短电弧套料加工系统对几种难加工材料进行了短电弧加工试验,确定不同的电加工参数和非电加工参数对工件材料去除率的影响。选择几种电极材料和不同的电极结构形式进行短电弧套料加工试验,以确定电极的加工特性。试验结果表明,当电源电压和进给量增大,放电间隙减小时,工件材料的去除率也相应的增加;在相同加工参数条件下,石墨电极对钛合金TC4的去除率要高于镍基高温合金In625,而同种电极材料的齿形结构电极具有更好的加工效果。通过对短电弧加工之后的不锈钢(0Cr17Ni4Cu4Nb)材料的金相组织检测与分析,确定不锈钢材料的基体组织基本稳定,热影响区域厚度较小(524. 5μm),对后续的机械加工和套料加工不会产生较大的影响。