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。     

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。     

短电弧加工工具电极损耗研究

为研究短电弧加工技术中工具电极损耗的原因,采用单因素试验方法对不同的工具电极材料和工件电极材料进行试验,记录相应的试验数据,然后通过分析对比数据找出工具电极损耗的主要因素,实验结果表明在工件电极材料改变的情况下,工具电极的损耗将发生一定程度的波动,说明工具电极的损耗比与工件材料有关。     

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。     

短电弧铣削加工圆柱电极边角损耗研究

在短电弧铣削加工时,利用ANSYS有限元仿真软件对以去离子水为工作介质的极间电场分布进行数值模拟,分析了空心圆柱电极边角损耗的原因,以及不同电压和铣削深度下的电场分布对边角损耗的影响,并通过实验进行验证。结果表明:由于尖端放电效应的存在,电极边缘快速被损耗,电极其他部位随极间距离的减小也逐渐被损耗;随着电压和铣削深度的增大,电极击穿介质放电的区域变大,加工效率提高,电极边角损耗增大。     

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。     

短电弧铣削加工窄隙流场固液两相仿真及试验研究

短电弧加工过程中大量的蚀除颗粒分布在底面及侧面窄隙处,形成“富集区”。当蚀除物不能及时排除将会造成极间放电状态发生变化,引起“二次放电”,导致加工工件精度降低以及电极损耗量大,严重时会引起短路现象而无法正常加工。利用FLUENT软件对短电弧铣削加工中蚀除颗粒在窄隙中的分布状态及排除方式进行仿真研究,选择DPM模型对颗粒进行跟踪计算。通过模拟研究不同加工深度下粒子在窄隙中的分布规律,并结合实验对其进行验证发现,加工深度的变化对工件表面质量影响不显著。当加工深度为3mm时,流场速度较大且颗粒在拐角处分布稀疏,有利于排屑,可提高短电弧加工的稳定性。     

短电弧铣削加工极间工作介质流场研究

在短电弧放电铣削加工时,利用Fluent有限元流体仿真软件对工作介质内冲方式下极间流场进行仿真模拟,分析了工作介质压力、电极转速分别对短电弧铣削加工极间压力场、速度场分布规律的影响,并通过实验得到验证。结果表明:极间流场内的压力梯度、速度梯度随工作介质压力的增大而增大,加速了蚀除产物从加工间隙的排出,有效地提高了加工表面质量;电极转速的相对变化对极间流场内的压力场和速度场影响较小,对工件表面质量没有明显的改善。     

调节横向走刀速度的电火花铣削加工策略

在定长补偿法和电极轴向补偿的基础上,提出了一种基于横向走刀速度调节的电火花铣削加工策略。在使用内冲液管状电极和电极损耗自动补偿的条件下,针对给定的电参数、工具电极以及工件,通过调节工件横向走刀速度进行电火花铣削加工。建立了数学模型,依据材料蚀除速率、电极损耗比、电极补偿精度、轴向吃刀深度、放电间隙等参数计算出最理想的工件横向走刀速度,所建立数学模型计入了圆柱电极因底面尖端放电而产生残切角的影响。最后通过实验验证该策略和数学模型的可行性。     

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。     

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。     

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。     

放电参数对短电弧铣削TC4加工性能影响的研究

短电弧加工技术(SEAM)是一种实现难加工导电材料高效去除的新型放电加工方法。采用不同电极材料,开展钛合金TC4短电弧铣削加工试验,探究在不同放电参数(电压、频率和占空比)下对加工过程中材料去除率(MRR)、相对电极相对损耗率(RTWR)的影响规律;并进一步分析工件宏微观形貌、元素变化及硬度测定。试验表明：影响MRR和RTWR的因素为脉冲电压>脉冲占空比>脉冲频率;紫铜电极具有高的材料去除率和好的表面质量;加工后表面存在重铸层、熔滴和微孔等结构;其表面显微硬度由重铸层向基体逐渐降低,并在距离工件表面深度90μm处趋于稳定。由此证明,金属电极材料更适合SEAM加工钛合金材料,这为后续SEAM加工钛合金零部件提供了理论依据。     

基于6自由度串联机器人的电火花铣削加工轨迹规划及伺服控制策略研究

针对传统电火花铣削加工所存在的灵活性不足和被加工工件尺寸受限等问题，提出了基于6自由度串联机器人的电火花铣削加工方法。基于四元数理论建立了工具电极复杂轨迹规划方法，实现了工具电极变姿态铣削加工。为了解决串联机器人无法满足电火花加工对放电间隙实时调整的快速响应要求，提出了工具电极垂直轨迹回退的伺服控制策略，实现了对加工间隙的快速调整。利用机器人的3个自由度和6个自由度分别开展了工具电极定姿态和变姿态下的电火花铣削加工实验，实验结果表明当工具电极变姿态时，加工过程中工具电极端部与工件表面发生放电，铣削加工轨迹的槽宽略大于工具电极直径，因此工具电极变姿态电火花铣削加工曲面工件时精度和效率更高。最后，在半球形工件上实现了电火花铣削加工三种复杂轨迹，验证了基于6自由度串联机器人电火花铣削加工技术的可行性和有效性，具有很大的市场应用潜力。     

探索难加工材料深孔加工的新方法

生产中,难加工材料的深孔加工一直是一大难题.常规加工法不仅生产效率极低,钻头损耗大,而且加工孔的直线度也不易保证。本文提出一种电弧加工深孔的新方法,相信可获得较突出的经济效益。一、工作原理如图1所示。工作时工件接阳极,工具电极接阴极。由于阴、阳两极间不变间隙δ的存在,便在δ间产生电弧。在电弧的高温作用下,工件表面金属熔化。熔化了的金属被从 C 口进入的高压工作液带走,并从 D 口溢出。这样,在工具电极不断进给的情况下     

不同涂层的硬质合金菱齿立铣刀铣削CFRP的性能研究

碳纤维复合材料(CFRP)是典型的难加工材料,工件加工表面质量差、刀具寿命短是最突出问题。硬质合金菱齿立铣刀每个刀齿上均有右旋刃和左旋刃,在铣削CFRP时能有效抑制工件表面毛刺、撕裂等现象的发生,解决了工件加工表面质量差的问题。铣削CFRP时,如何提高刀具使用寿命是非常急迫的问题。本文选用不同涂层的硬质合金菱齿立铣刀在相同切削条件下对CFRP进行铣削加工,对工件加工表面质量、刀具寿命和刀具磨损进行分析,旨在找到铣削加工CFRP合适的硬质合金刀具,更好地解决CFRP的切削加工难题。     

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。     

机械加工零件表面的质量控制措施

为了确保进行机械加工时更好地控制工件表面质量,通过实例分析法,结合硬铝合金工件在实际铣削加工过程中不同参数情况下工件表面质量情况,进行分析与研究。结果表明:铣削加工硬铝合金工件的作业过程中,随着切削深度值逐步增大,加工工件的粗糙度也有所增加;设定的径向进给量参数值越小,加工工件的表面粗糙度也会进一步的减小;进给速率参数逐步增加,工件粗糙度相应也会随之增。通过实验得出了不同因素对于工件表面质量影响的规律,为工件加工中具体参数确定提供了参考与依据。     

气液分层的双介质电火花线切割加工研究

在不同介质中,对Cr12MoV模具钢进行线切割加工实验,利用扫描电子显微镜(SEM)观察工件与电极丝蚀除表面的显微形貌,分析工作介质对加工表面质量、电极丝损耗的影响。提出采用气、液分层的双介质供给方式可提高表面质量、降低丝损。结果表明,气液双介质中线切割精加工表面质量明显好于液中,略优于气中加工,且电极丝损耗接近于液中,小于气中加工。