单脉冲气中电火花线切割电蚀坑形貌仿真分析

为研究气中电火花线切割加工机制,建立Cr12Mo V模具钢温度场的数学模型。基于ABAQUS软件对单脉冲放电过程中Cr12Mo V模具钢的温度场进行仿真分析,得出Cr12Mo V模具钢的温度场分布规律,测量出不同峰值电流和脉冲宽度下工件表面电蚀坑的半径和深度并进行了修正,进而计算出电蚀坑的体积。获得了单脉冲放电后工件表面电蚀坑半径、深度、体积以及深径比随峰值电流与脉冲宽度的变化规律,进而预测出电火花线切割加工效率与工件的表面质量。     

去离子水冲液振动辅助电火花加工TC4极性研究

在电火花修整叶片边缘参数优化研究中发现,正极性加工钛合金TC4的材料去除率在脉宽90μs时比负极性加工的大,且继续增大脉宽至110μs以上会频繁发生短路、拉弧,导致实验无法完成;负极性加工的材料去除率稳定,但工具电极损耗率是正极性加工的2倍以上;在冲液与振动辅助加工时,黄铜电极表面形成分布不连续、不均匀的氧化钛覆层,对电极的保护作用不明显。针对去离子冲液和振动辅助电火花加工钛合金TC4时的极性效应问题,从两极能量分配和电极与工件加工表面成分变化两方面进行研究,通过对比正、负极性加工中蚀除颗粒的尺寸,发现正极的蚀除能量远大于负极且正、负极性加工的TC4表面成分相差不大;在去离子水冲液振动电火花加工TC4时,正极得到的蚀除能量多于负极是出现极性效应的主要原因。     

单脉冲超声辅助电火花加工温度场仿真分析

从单脉冲放电粒子能量和放电蚀坑两个方面,分析了超声振动对电火花加工的影响效果。根据Ansys仿真分析结果,在单脉冲放电情况下,放电蚀坑的深度和半径随峰值电流和脉宽的增大而增大。但是,峰值电流相对于脉宽对放电蚀坑尺寸的影响作用更大。因此,在超声辅助电火花加工中,可采用偏大的峰值电流和偏小的脉宽,提高加工效率。     

场致射流微细放电加工实验研究

对场致射流微细放电加工单晶硅进行了工艺实验研究,分析在不同加工极性下的加工机理,发现在正极性加工时,蚀坑在工件表面存在电解液残留是由电火花蚀除和电化学蚀除共同作用的结果,而在充分放电的情形下,是由电火花放电来实现材料蚀除的;在负极性加工时,蚀坑仅仅是由电火花蚀除作用的结果。通过单因素实验获取喷管内径、极间距离、极间电压及工作液浓度对单次放电蚀坑直径的影响曲线,通过优化工艺参数在单晶硅表面加工出宽度为1μm、长度为5μm的微细沟槽。研究结果充分证明了场致射流微细放电加工的加工能力。     

电火花加工电极材料蚀坑的有限元热分析

工件材料蚀除的主要动力来源于放电通道等离子体中的热源。从放电加工过程中能量分配、传导和转换的角度,建立放电加工过程的物理模型;借助热传导理论,建立基于电火花放电去蚀除工件过程的数学模型。为研究不同峰值电流和脉冲宽度条件下放电蚀坑半径和深度以及深径比的变化规律,通过ANSYS仿真软件,模拟了20Mn23Al V无磁钢电极材料的温度场分布。分析了峰值电流和脉冲宽度对蚀坑径向和轴向温度场变化和凹坑几何尺寸分布的影响。结果表明:峰值电流和脉冲宽度对电极材料表面凹坑大小和深度均有较大影响且对凹坑半径的影响大于深度方向,导致深径比下降。     

慢走丝线切割单点放电温度场有限元分析

建立了慢走丝电火花线切割单脉冲放电模型,利用有限元分析了单脉冲放电温度场分布。计算出该条件下工件放电凹坑几何特征,与实际切割条件下的材料去除率进行了对比,并根据电火花线切割的加工特点进行了修正。讨论了不同峰值电流和脉冲宽度条件下,蚀除凹坑体积与材料去除率(MRR)的变化规律,并分析了峰值电流和脉冲宽度对MRR的交互作用。分析结果表明:考虑实际加工的相关因素,模拟的单脉冲放电的MRR经修正后可以近似表征实际连续切割时的MRR;单个凹坑的蚀除量随着电流和脉宽的增大而增大,并且电流和脉宽的交互作用随着它们取值的增大而更加明显。     

雾中电火花加工的极间能量分配系数研究

对雾中电火花加工中铜-钢电极对分别采用正-负和负-正接法时,工件端所分配的放电能量系数进行了研究。首先通过实验测量了放电加工中工件的温升、单蚀坑尺寸及放电平均电压、电流等,然后建立了热场与流场相耦合的物理模型,结合有限元分析软件COMSOL3.5,得到了内喷雾电火花加工在不同脉宽下工件的能量分配系数范围。从理论分析的角度证明了前期实验中得到的在喷雾电火花加工中采用铜-钢电极对时,为获得较高的材料去除率,适宜采用钢工件接正极的结论。     

钛合金Ti-6Al-4V的电火花加工试验研究

对钛合金Ti-6Al-4V进行了电火花加工试验研究,以加工极性、脉宽、峰值电流为试验因素,探讨其对TC4钛合金的材料去除率、电极相对损耗及工件表面微裂纹的影响规律。结果表明:占空比一定、采用正极性或负极性加工时,增加峰值电流皆可提高其材料去除率,且负极性加工影响更为显著;同时,负极性加工可获得较低的电极相对损耗。无论选用何种加工极性,增大峰值电流与脉宽,都会导致TC4钛合金加工表面出现显著的微裂纹,且负极性加工时的工件表面微裂纹密度大于正极性加工;同时,TC4钛合金加工表面皆有TiC生成,使电火花加工TC4钛合金时的材料去除率降低。     

移动热源作用下气中电火花线切割加工仿真分析

为了快速有效地提高气中电火花线切割加工Cr12MoV模具钢的表面质量,通过有限元法计算并分析了单脉冲气中火花放电条件下工件的温度场分布规律,获得了移动热源作用下工件表面电蚀坑形貌为半双椭球形,这与理想条件下电蚀坑形貌为半球形不同,进而探讨了移动热源作用下不同脉冲宽度对工件表面电蚀坑几何形貌的影响,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,修正后电蚀坑深度与工件表面最大粗糙度变化趋势基本相同且数值非常接近,并得出修正前后电蚀坑的长度、宽度及深度随着脉冲宽度的增加不断增大的规律,然而电蚀坑尺寸增加使得电蚀坑体积不断增大,从而提高了气中电火花线切割加工效率,但降低了工件的表面质量。     

TiC/Ni金属陶瓷电火花加工温度场仿真研究

为深入研究TiC/Ni金属陶瓷电火花加工过程,进行了TiC/Ni金属陶瓷电火花加工单脉冲放电温度场仿真。建立了TiC/Ni金属陶瓷颗粒随机分布模型,运用ANSYS软件采用生死单元法对TiC/Ni金属陶瓷进行单脉冲温度场仿真研究,并对结果进行了实验验证。结果表明:TiC/Ni金属陶瓷颗粒随机分布模型适于TiC/Ni金属陶瓷电火花加工温度场仿真,且随着峰值电流及脉宽的增大,TiC/Ni金属陶瓷蚀除体积增加,表现为试验时材料蚀除率增加。     

SiC/Al功能梯度材料的电火花多脉冲温度场仿真

为探索Si C/Al功能梯度材料的电火花加工特性,建立了电火花加工连续多脉冲放电温度场仿真模型,开展了连续多脉冲放电蚀除动态模拟仿真研究,应用生死单元法分析了放电凹坑位置的随机分布情况,研究了峰值电流、脉冲宽度对放电凹坑和材料去除率的影响规律,并进行了实验验证。结果表明:随着峰值电流和脉冲宽度的增大,材料去除率逐渐提高,仿真结果与实验结果具有相同的变化趋势;误差分析显示,理论值与实验结果最大误差为9.84%,最小误差为5.10%。     

Influence of discharge current on machined surfaces by thermo-analysis in finish cut of WEDM

In finish machining of wire electrical discharge machining (WEDM), the discharge current has distinct influences on the machined surface. In order to study the differences in surface morphology under various pulse durations, thermo-analysis was carried out to investigate the mechanism of erosion of the workpiece material using the finite element method. Additionally, related single discharge experiments under different pulse energies were performed. Under the same discharge energy, the comparison of analytical and experimental results shows that a discharge current with a short-duration pulse and a high peak value removes the workpiece material mainly by gasifying, while a discharge current with a long-duration pulse and low peak value removes the workpiece material mainly by melting. It was also found that surfaces machined by a discharge current with a short- and long-duration pulses would have similar roughness values when the pulse energies were almost the same and were high enough; however, the surface morphologies would be totally different. A discharge current with a long pulse duration and a low peak value could not produce craters on the workpiece surface when the pulse energy was reduced to a certain value. However, a discharge current with a short pulse duration and a high peak value could produce clear craters on the workpiece surface. This indicates that a discharge current with a short pulse duration and a high peak value can generate better surface roughness, which cannot be achieved with a current with a long pulse duration and a low peak value.     

电火花块反拷加工控制系统设计与实验

对电火花块反拷加工的运动控制系统进行了设计,提出了可行的数据采集策略与运动控制策略。基于LabView开发的运动控制系统主要包括初始化模块、粗对刀模块、精确对刀模块、加工控制模块与坐标实时显示模块。应用设计的控制系统对碳化钨工具电极进行了反拷加工实验,正交实验结果得出:材料去除率随着脉宽的增大先增加后减小,脉宽有一个最佳值,脉宽小了能量不足,脉宽大了容易产生电弧放电,影响了材料去除。材料去除率随着脉间相对于脉宽倍数、主轴转速与进给率的增大而增大,足够大的脉间以及主轴转速,有利于电火花加工区域的消电离与加工产物的排除,在材料能够有效去除的前提下,进给速度越快材料去除率越高。     

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。     

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。     

铍的Nd:YAG激光焊接阈值功率影响因素

利用Nd:YAG激光焊接了铍环,研究了不同激光入射角度和铍环直径变化对阈值功率变化的影响,得到了铍在激光焊接过程中阈值功率密度变化规律.结果表明,铍环直径大小对阈值功率密度有显著影响,随着铍环直径的增加,铍环的曲率减小,由背反射引起的调Q脉冲增强,导致出现深熔焊的阈值功率密度降低.对同一直径的铍环,激光入射角度从0°调整到3°后,由于消除了背反射激光在谐振腔内形成调Q脉冲,激光焊接时出现深熔焊的临界功率密度增加.深熔焊形成的焊缝深宽比值较大,为1.0～1.5,而热传导焊形成的焊缝深宽比值较小,只有0.2左右.     

Ti-6Al-4V短电弧铣削加工热源的有限元分析

为确定短电弧铣削加工的热源，选取高斯热源和均匀热源，以Ti-6Al-4V为工件材料，分别建立两种热源下的三维短电弧单凹坑有限元仿真模型。开展单脉冲实验，分析采集的电压、电流波形；观看高速摄像机拍摄的照片；对比超景深拍摄的单个凹坑尺寸、三维形貌、轮廓曲线，得出高斯热源更适合短电弧铣削加工。并在确定热源的基础上截取三维凹坑的二维截面，证明所建立的高斯热源模型是可靠的，能比较准确地模拟短电弧铣削放电凹坑形成过程。     

电火花线切割大电流条件下电参数对加工性能的影响

为了解决往复走丝电火花线切割加工效率低的问题,对大电流条件下的两种电加工参数进行了研究,在保证平均电流相同的条件下,对小脉宽、大峰值电流和大脉宽、小峰值电流两种加工方式进行对比实验。结果表明:在普通往复走丝电火花线切割机床上,采用大脉宽、小峰值电流加工方式,其加工效率比小脉宽、大峰值电流的高约20%;采用小脉宽、大峰值电流的加工方式能有效地减少工件表面的烧伤,获得表面粗糙度值较小的加工表面。此外还分析了两种加工方式的放电加工机理,从放电通道扩展半径、放电频率和电极间放电状态等角度解释了两种方式的加工效率和表面质量差异。     

介质对放电诱导烧蚀加工表面锈蚀的影响研究

针对放电烧蚀加工中水-氧气介质易导致工件表面产生锈蚀的问题,采用添加一定比例的尿素进行单脉冲放电试验,发现在尿素溶液-氧气介质下的放电坑直径相对水-氧气较小,且加工件表面无明显锈蚀痕迹,论证了尿素溶液不仅能够压缩放电通道、改善加工状态,也能缓解工件锈蚀的问题.通过水和不同浓度尿素溶液的防锈蚀试验表明,在水中添加适当比例...