电极材料对GH4169短电弧铣削加工性能影响的实验研究

采用石墨、钨铜合金电极进行镍基高温合金GH4169短电弧铣削加工实验(SEAM),研究电极材料对短电弧铣削加工性能的影响规律,寻求加工性能最佳的工具电极。分析工件蚀除速率(MRR)、相对电极损耗比(TWR)与电极材料物理特性和放电参数间的相互影响关系。借助SUPRATM55VP扫描电镜观察工件表面形貌,HXD-1000TB视屏显示维氏显微硬度仪测定加工后工件显微硬度,研究工具电极材料对加工后工件表面完整性影响规律。实验结果表明:钨铜合金电极具有较好的放电加工性能,其工件蚀除速率比石墨提高22%,最小相对电极损耗不足1%,工件表面裂纹宽度和显微硬度较低,故钨铜合金电极是适合短电弧铣削加工的良好电极。     

镍基高温合金短电弧铣削加工性能与电极损耗规律研究

简述了短电弧切削加工技术中的新型铣削方法和短电弧数控铣削加工机床的加工原理。采用短电弧铣削加工方法加工镍基高温合金(GH4169),在不同电源放电参数下观察加工后工件的宏观组织、工件加工表面粗糙度、电极的损耗情况,测量工件显微硬度、观察加工波形图,初步得出在不同加工电源参数对加工工件表面质量的影响规律。实验表明:通过对加工后的工件宏观观察发现,工件表面粗糙度与放电占空比有关,结合采集到的放电波形可以总结出,占空比越大,表面粗糙度值越大;电压在小范围变化时电压对加工工件表面质量影响不大;离加工表面越近,显微硬度越高;电压越大,相对电极损耗比较小;通过调整电源参数可以得到满意的镍基高温合金(GH4169)的表面质量与较小的电极损耗。     

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。     

短电弧铣削工具电极材料的放电性能研究

镍基高温合金(GH4169)高温下具有较好的热稳定性、屈服强度高、塑性好的特点,并有较好的焊接性能、较高的耐蚀性和抗氧化性能,在-196~700℃很宽的温度范围内组织性能稳定。用不同电源放电参数与不同电极材料进行实验加工,观察加工效率、工件表面粗糙度、电极损耗、工件表面完整性、工件表面显微结构、工件表面化学成分。实验表明:短电弧加工中,相同加工条件下工具电极的相对质量损耗为铝碳钢紫铜石墨;低电压加工时紫铜电极的损耗率是石墨电极损耗率的7倍,增大加工电压紫铜电极损耗比石墨电极损耗高15~20倍;短电弧铣削加工后,工件表面存在熔滴、凹坑、裂缝和再铸层;短电弧铣削加工中,工具电极材料中元素会向工件里渗透,工件上的元素会向工具电极渗透。     

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。     

短电弧车削蜂窝环重铸层影响实验研究

蜂窝密封结构是当代航空发动机的先进高效密封结构,传统加工难以满足其加工质量要求,且一般电加工效率低,因此选择短电弧车削。针对材料为GH3536的蜂窝密封环进行实验,为研究不同参数对其加工后重铸层的影响,设置单因素试验,以重铸层厚度和微观形貌作为检测指标,分析电流及电压波形图、工件表面扫描电镜图、截面金相图和表面能谱图。结果证明：重铸层厚度随电压和进给速度增加而增加,随工件和电极转速增加而减小,且表面质量有相同的趋势,多槽挡板电极可以得到更好的冲液效果,重铸层更薄且表面质量更好。因此,适当降低电压和进给速度、提高工件和电极转速,以及采用多槽挡板电极,可减少微裂纹、冲蚀凹坑、褶皱和熔滴颗粒等现象,提高工件表面质量,降低重铸层厚度。     

单晶硅的磨削辅助电火花线切割机理研究

针对目前磨削辅助电火花线切割(A-WEDM)微观切割机理尚不明确的问题,以单晶硅为加工对象,通过设计电路对最大放电间隙进行了测量。通过采集和分析加工中的放电波形、观测加工后工件表面形貌同时比较磨粒出刃高度与放电间隙的大小,研究了A-WEDM材料去除机理。考察了4个因素(脉冲宽度、占空比、进给速度和线锯速度)对A-WEDM切割单晶硅的材料去除率和表面粗糙度的影响。实验结果表明,A-WEDM切割单晶硅的最大放电间隙为57μm,在加工的初始阶段先产生放电腐蚀作用;当加工处于稳定阶段时,在每个脉冲宽度内,工件材料在放电腐蚀与金刚石颗粒磨削的耦合作用下被去除;而在每个脉冲间隔内,放电腐蚀作用停止,金刚石颗粒的磨削作用仍然存在,从而去除了放电产生的部分重铸层与电蚀坑。     

电极材料对电加工8418钢表面质量的影响研究

采用紫铜电极、Cu W70在变化的峰值电流(I)、脉冲宽度(ton)电参数下加工8418钢,研究电极材料及电参数对电火花加工表面质量的影响。测得了工件表面粗糙度、微观硬度、白层厚度、微裂纹,结果表明:采用紫铜电极加工时工件表面粗糙度(Ra)及白层厚度(WT)均比采用Cu W70时略大,但在精加工放电参数下,电极材料对表面粗糙度的影响区别并不明显。工件表面粗糙度与白层厚度随着峰值电流和脉宽的增大而增大,且峰值电流对白层厚度的增加起主要作用。显微硬度随着与工件表面距离的增大而急剧减小。在低放电能量时,两种电极加工的8418钢表面基本上没有微裂纹,质量较好;在中高放电能量时,紫铜电极加工的工件表面微裂纹的数量比Cu W70电极的要多,但裂纹宽度差别不大。     

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。     

不同电极材料线切割加工性能的研究

针对慢走丝线切割(Wire-Cut Electrical Discharge Machining,WEDM)机床中常采用的两种电极丝材料类型:黄铜丝与镀锌铜丝,分别从工件的材料去除率(Materical Remove Rate,MRR)、表面粗糙度及加工后的表面形貌等方面,对比分析了黄铜丝与镀锌铜丝的加工性能。实验结果表明,在以钛合金材料为工件的切割加工中,使用镀锌铜丝加工的工件相比用黄铜丝加工的工件能获得更大的材料去除率、更小的表面粗糙度及更好的加工表面形貌。     

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。     

充磁与未充磁烧结钕铁硼电火花加工对比试验研究

钕铁硼硬度高、脆性大,且充磁后具有高磁性力.电火花加工是钕铁硼的重要加工方法.为探寻充磁与未充磁烧结钕铁硼在电火花加工过程中的工艺差异和规律,采用单因素试验方法,开展对比试验,研究放电参数(脉冲宽度、峰值电流和脉冲间隔)对充磁与未充磁烧结钕铁硼的材料去除率、表面粗糙度和重铸层的影响.结果 表明:随脉冲宽度的增加,充磁烧结钕铁硼的材料去除率增大,而未充磁烧结钕铁硼的材料去除率先增大后略有减小,充磁与未充磁烧结钕铁硼表面粗糙度值均增大,重铸层均增厚且内部出现裂纹;随峰值电流的增加,两者材料去除率和表面粗糙度值均增大;随脉冲间隔的增加,两者材料去除率和表面粗糙度值均减小;在较大的放电参数值下,充磁烧结钕铁硼的材料去除率和表面粗糙度明显优于未充磁烧结钕铁硼.     

充磁与未充磁烧结钕铁硼电火花加工对比试验研究

钕铁硼硬度高、脆性大,且充磁后具有高磁性力.电火花加工是钕铁硼的重要加工方法.为探寻充磁与未充磁烧结钕铁硼在电火花加工过程中的工艺差异和规律,采用单因素试验方法,开展对比试验,研究放电参数(脉冲宽度、峰值电流和脉冲间隔)对充磁与未充磁烧结钕铁硼的材料去除率、表面粗糙度和重铸层的影响.结果 表明:随脉冲宽度的增加,充磁烧结钕铁硼的材料去除率增大,而未充磁烧结钕铁硼的材料去除率先增大后略有减小,充磁与未充磁烧结钕铁硼表面粗糙度值均增大,重铸层均增厚且内部出现裂纹;随峰值电流的增加,两者材料去除率和表面粗糙度值均增大;随脉冲间隔的增加,两者材料去除率和表面粗糙度值均减小;在较大的放电参数值下,充磁烧结钕铁硼的材料去除率和表面粗糙度明显优于未充磁烧结钕铁硼.     

汽中电火花加工技术研究

提出了一种汽中电火花加工技术,其加工介质为水蒸汽,蒸汽由蒸汽发生器获得,经管状电极喷向工件.试验结果显示:一般情况下,材料去除率随放电电流、脉冲宽度的增大而增大,随脉冲间隔的增大而减小,但一味地增大脉冲宽度和减小脉冲间隔会造成电火花加工稳定性变差,从而降低材料去除率;汽中电火花加工技术的工具电极相对损耗率相对较低,受脉冲宽度、脉冲间隔影响小,但在大的放电电流下,电极相对损耗率会有所增加,且汽中电火花加工的工件附着物较少.     

汽中电火花加工技术研究

提出了一种汽中电火花加工技术,其加工介质为水蒸汽,蒸汽由蒸汽发生器获得,经管状电极喷向工件。试验结果显示：一般情况下,材料去除率随放电电流、脉冲宽度的增大而增大,随脉冲间隔的增大而减小,但一味地增大脉冲宽度和减小脉冲间隔会造成电火花加工稳定性变差,从而降低材料去除率;汽中电火花加工技术的工具电极相对损耗率相对较低,受脉冲宽度、脉冲间隔影响小,但在大的放电电流下,电极相对损耗率会有所增加,且汽中电火花加工的工件附着物较少。
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磁力搅拌混粉电火花加工Ti-6Al-4V表面改性

为实现Ti-6Al-4V的表面改性,利用磁力搅拌混粉电火花技术在不同电参数下,用紫铜电极对Ti-6Al-4V钛合金材料在混粉工作介质中进行了负极性加工。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪等对材料强化层的成分、表面形貌及组织结构进行分析;用FM800型显微硬度计测试断面不同位置处的显微硬度值。分析了脉冲宽度和峰值电流等因素对表面强化层的形成的影响规律。结果表明,磁力搅拌混粉电火花加工使得工件表面质量得以提高,工件表面形成了两种硬质合金相Ti C和Ti N,使得材料表面的硬度提高到基体材料的两倍。在不同脉冲能量条件下对混粉电火花加工的表面形貌进行了比较,当脉冲能量大时,放电凹坑越大且凹坑周围出现熔融状物质,表面质量变差。当脉冲能量较小时放电凹坑较小表面质量较好。     

混粉准干式电火花加工试验研究

提出一种混粉准干式电火花加工技术,其加工介质是气液固三相流混合物。试验结果表明,材料去除率与表面粗糙度随脉冲宽度、峰值电流及分层厚度的增大而增大,脉冲间隙作用则相反,提高空气压力既有助于提高材料去除率又可降低表面粗糙度,电极损耗随脉冲宽度增大而减小,当脉冲宽度较大时电极损耗接近于零,随峰值电流增大而增加。由于液滴、粉末的介入,气体介质的绝缘强度降低,放电间隙会增加,有利于电蚀产物的排除,可减少短路、电弧放电的发生率,加工稳定性得到提高,从而材料去除率得到提高;由于粉末会产生放电分散效果,电蚀凹坑深度减小,工件表面粗糙度降低。     

电火花线切割电规准对SKD11加工的影响

为了研究电火花线切割加工SKD11时电规准对表面粗糙度和材料去除率的影响规律,选取脉冲放电时间、脉冲间隙时间、峰值电流和间隙电压为试验因素,表面粗糙度和材料去除率为试验指标做单因素试验。结果表明:随着脉冲放电时间的增加,材料去除率随之增加,而表面粗糙度增大;脉冲间隙时间增加时,材料去除率减少,但表面粗糙度减小,当脉冲间隙时间为35μs时到达最小;峰值电流对两个试验指标影响跟脉冲放电时间一致;随着间隙电压的增大,材料去除率增大,表面粗糙度同时也增大。     

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。