钛合金混合气体雾化放电烧蚀铣削加工工艺研究

采用由氧气浓度大于氮气浓度组成的混合气体与水经过雾化形成的雾化介质，通入中空旋转电极进入极间放电进行混合气体雾化放电烧蚀铣削加工，利用介质中的氧气介质与放电形成的熔融材料发生剧烈的化学反应释放热能快速实现钛合金高效蚀除，而介质中的氮气和水降低氧气浓度，实现放电加工过程的稳定性；通过单因素试验研究加工工艺参数对材料去除率等工艺指标的影响。结果显示：在相同条件下，混合气体雾化烧蚀铣削加工的材料去除率是空气雾化放电铣削加工的3倍以上，在小电流加工条件的过切量小于空气雾化放电加工；在放电烧蚀铣削加工钛合金时，材料去除率随着放电电流、脉冲宽度及气体压力的增加而增加。     

放电诱导雾化烧蚀深型孔加工技术研究

为提高常规电火花深型孔加工的稳定性及工艺指标,提出了一种新的深型孔加工方法——放电诱导雾化烧蚀加工技术。采用"水基-氧气"高压气雾介质作为放电介质,对烧蚀燃烧反应具有冷却、抑制和分散放电作用,有效降低了烧蚀能量,保证了加工的平稳性。另外,放电间隙中分散的熔融金属与气雾介质的氧气继续充分燃烧,气雾介质吸收释放的能量而迅速气化,产生的爆炸效果对蚀除产物的排出有巨大的促进作用,蚀除产物呈现喷发式排出。因此,放电诱导雾化烧蚀深型孔加工技术不断引入了新的能量,并解决了排屑的难题。在本试验条件下,对于边长为4.4mm的方孔,加工深度可达70 mm以上,材料蚀除率约为内冲液电火花加工的5.45倍,电极质量相对损耗降低了82%。     

高温合金深异形腔雾化烧蚀加工试验研究

针对高温合金深窄异形腔的加工难题,提出了放电诱导雾化烧蚀分段加工方法。对发动机扩压器异型腔进行了雾化烧蚀加工实验,并与冲液电火花加工方法进行对比,结果显示其加工效率是后者的13倍以上。为进一步提高雾化烧蚀加工异形腔的加工效率与加工深度,提出了异形腔分段加工方法,并通过对极间流场及颗粒运动轨迹的仿真分析与比较,证明了分段加工可改善极间的气雾介质供给与排屑问题。最终,实现了深度为67.5 mm的异形腔分段加工,并通过后续电火花方法进行了修整,达到了型腔加工要求。     

气液混合功能电极电火花诱导烧蚀高效铣削研究

提出了气液混合功能电极电火花诱导烧蚀铣削加工方法,并进行了针对Cr12的铣削试验,与常规电火花铣削进行对比和分析,发现气液混合烧蚀铣削的加工效率可达96.3 mm3/min,而常规电火花铣削的加工效率仅为6.4 mm3/min.从工件表面微观形貌、能谱及成分分析等方面进行研究,解释了加工效率高的原因.最后研究了不同加工参数下,气液混合功能电极电火花诱导烧蚀铣削加工效率的工艺规律.     

钛合金电火花诱导可控烧蚀及车削修整复合加工试验研究

根据钛合金在一定温度和氧气压力条件下发生快速氧化燃烧现象,在电火花诱导放电所提供的高温热源和助燃氧气作用下,对钛合金进行电火花放电诱导可控烧蚀,同时通过车刀对形成的烧蚀及软化层进行在线机械修整,提高表面质量。对TC4钛合金进行常规电火花加工、电火花诱导可控烧蚀加工和电火花诱导可控烧蚀及车削修整复合加工对比试验,结果表明:电火花诱导可控烧蚀及车削修整复合加工具有加工速度快、电极损耗低等优点,并分析了氧气压力、工件转速、电极材料等对加工效果的影响。     

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。     

气液混合功能电极电火花诱导烧蚀铣削的电极相对损耗研究

提出了一种基于气液混合功能电极的电火花诱导烧蚀铣削加工方法,并针对Cr12与常规电火花铣削加工进行了对比试验,结果发现同等试验条件下,气液混合电火花诱导烧蚀铣削的电极体积损耗仅为1.1%,而常规电火花铣削的电极损耗为9%。针对此现象,从极间放电特性、电极端面覆盖层等因素出发,解释了电极损耗低的原因。最后,研究了不同加工参数下,气液混合烧蚀铣削电极相对损耗的工艺规律。     

电火花诱导烧蚀磨削修整复合加工方法研究

针对放电诱导烧蚀加工在高效加工的同时易在工件表面产生巨大烧蚀坑的问题,提出了电火花诱导烧蚀磨削修整复合加工方法。对钛合金TC4进行了电火花加工、烧蚀加工、诱导烧蚀磨削修整复合加工的对比实验,研究机械磨削作用对烧蚀性能的影响。在钛合金烧蚀加工实验过程中,用复合机械磨头进行修整能显著提高加工效率,达到1107 mm3/min,是同等条件下电火花加工的6.77倍、烧蚀加工的1.27倍。由于存在机械磨削修整作用,可在线去除烧蚀产物,露出基体材料,工件表面粗糙度优于烧蚀加工,甚至优于同等电参数下的电火花加工,达到了在获得高效加工的同时提升表面质量的目的。     

混粉准干式电火花精密加工技术研究

提出了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。研究了其单脉冲放电过程,一次放电过程可分为电离、击穿放电、抛出电蚀物及消电离4个阶段。并对比了气中放电、准干式电火花加工、混粉准干式电火花加工的材料去除率和表面粗糙度。实验结果表明,这3种加工方法材料去除率依次升高,表面粗糙度值依次降低。     

介质氧化特性对钛合金电火花加工电极损耗的影响研究

研究了工作介质的氧化特性对钛合金电火花加工电极绝对损耗、相对损耗率及电极表面微观形貌的影响规律。结果表明,具有氧化特性的工作介质可在加工过程中使电极氧化,并在电极表面形成一层氧化保护膜,减小带电粒子对基体的轰击,从而降低电极绝对损耗;介质的氧化特性也会对钛合金电火花加工效率和排屑产生影响,使电极相对损耗率呈先减小、后增长、再趋于稳定的趋势;极间氧气增多能增大放电爆炸力,使电极表面微裂纹和气孔数量增多;工作介质存在一个最佳氧化性能,可使钛合金加工的电极损耗达到最佳状态。     

冷等离子体射流中微细电火花加工特性研究

采用晶体管脉冲电源,在氧气辅助氮气等离子体射流、氮氧混合等离子体射流及外部压缩空气辅助氮气等离子体射流等不同冷等离子体介质中进行了微细电火花加工特性的实验研究,以期确定加工过程稳定的工艺条件,达到提高加工效率和加工质量的目的。在氧气辅助氮气等离子体射流实验中发现,随着氧气流量的增加,材料去除速度和表面粗糙度值均有增大趋势;采用压缩空气辅助氮气等离子体射流的电火花加工在表面质量、边缘质量方面均优于氧气辅助氮气等离子体射流加工。     

镍基高温合金多孔质电极电火花加工实验研究

采用一种由紫铜颗粒经高温烧结获得的多孔材料作为工具电极,并施加内冲液,分别在不同的加工方式、峰值电流、冲液流量和脉冲宽度下,对镍基高温合金GH4169进行多孔质电极电火花加工实验研究。结果表明:由于采用了分布式的内冲液,多孔质电极能以不抬刀方式加工,可获得比实体电极更高的材料去除率和更低的工具电极损耗率。但分布式内冲液对极间状态的改善作用受到峰值电流、脉冲宽度所导致的蚀除产物粒径的影响,当蚀除产物粒径过小或过大时,多孔质电极相对于实体电极的优势无法体现。     

放电诱导可控烧蚀高效加工典型工艺方法

提出了一种以放电诱导产生可控烧蚀为基础的高效加工方式。利用大部分金属在放电诱导后表面产生活化区会与通入的氧气发生燃烧的特点,通过放电诱导,使加工表面产生活化区,并控制氧气的通入量,使加工表面金属产生可控高效烧蚀,而后通过电火花加工、电解加工、车削、铣削、磨削等工艺方法修整烧蚀表面,完善表面质量与精度。此种加工方法特别适合于钛合金、高温合金、高强度钢等难加工金属材料的加工。由于采用水溶性非可燃工作液,节能环保,不会产生有害气体及燃烧隐患,因此也是一项绿色制造技术,是机械加工领域一种全新的高效加工方法。     

振动辅助液中喷气电火花加工性能研究

提出了振动辅助液中喷气电火花加工方法。该方法通过工件机械振动改善了极间的放电状态,降低了短路率。通过实验研究了机械振动的频率和振幅对液中喷气电火花加工性能的影响,研究了振动辅助作用下电加工参数、气体压力、工具电极转速对加工性能的影响。结果表明,工件的机械振动可有效提高液中喷气电火花加工的材料去除率,改善加工表面质量,而电极损耗几乎为零。     

基于复合工作液的高压喷液电火花线切割实验分析

阐述了基于复合工作液的高压喷液电火花线切割加工以提高切割效率和加工精度的方法：从理论上分析了电火花线切割加工过程中，工作液在极间的压力分布状况和冷却规律；对比了高压喷液与无高压喷液条件下加工工件的表面形貌；通过检测电流、电压波形反映了极间放电状况；分析了极间状态对加工工件表面形貌的影响。     

半导体硅电火花成形持续加工条件研究

采用紫铜电极进行半导体硅电火花成形加工时,加工表面经常会生成黑点物质,导致加工无法进行。分析表明,该黑点物质为不具有导电性的铜氧化物。为避免该物质的产生,首先通过选用石墨电极改变电极材料,并选用不含有氧元素的工作介质,杜绝非导电金属氧化物形成的条件;其次,通过增加电极的附加振动或旋转,使极间的洗涤、冷却能力增强,改善了极间的排屑条件,从而使半导体硅电火花成形加工得以稳定顺利地进行。     

镍基高温合金Inconel718的超高效电火花电弧复合加工

提出了一种超高效电火花电孤复合铣削镍基高温合金Ineonel718的加工方法．构建了一种新型大功率电源,主要由高压脉冲电源和低压大功率直流电源组成。在冲液和电极旋转的作用下得到了非连续电弧,材料去除率可达13421mm3／min,相对电极损耗率可达1．71％。进行了复合加工和电火花加工的对比实验研究,分析了电极转速对材料去除率和相对电极损耗率的影响,并对加工表面特性进行了研究。     

纤维强化陶瓷复合材料的电火花加工

陶瓷基复合材料密度低,在高温下仍保持高强度,被认为是下一代先进的航空航天材料,但对其加工却十分困难。采用电火花方法加工一种连续陶瓷纤维强化陶瓷基复合材料,并比较排屑条件对加工性能的影响。为深入研究加工工艺,使用正交试验研究了极间电压、峰值电流、脉宽和占空比等工艺参数对材料去除率的影响,同时进行了方差分析。通过分析预测了最优加工条件,并通过试验进行验证。结果表明:采用电介质深冲的电火花加工可促进排屑,材料去除率提高了约80%;采用高极间电压和小占空比可显著提高加工效率。试验还发现这类复合材料电火花的主要去除方式是基体材料热扩散导致的裂纹和绝缘纤维的断裂。     

电参数对钛合金放电诱导可控烧蚀车削加工的影响研究

设计了基于放电概率的诱导烧蚀电极伺服控制系统,通过优化实验,设定其放电概率为80%,并在此基础上分析了脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电流等电参数对加工的影响。结果表明:正极性加工时,峰值电流对加工效率的影响最大。通过选取优化参数,与常规电火花车削对比表明:放电诱导可控烧蚀车削的材料加工效率是常规电火花车削的27倍,电极相对损耗仅为常规电火花车削的80%。     

多孔质电极电火花加工极间流场仿真

为研究多孔质电极电火花加工中分布式冲液对加工过程的作用机制,建立了多孔质电极极间流场模型,采用固液两相流数值方法模拟电极间冲液和蚀除产物的两相流动过程,与单孔电极进行了对比研究,并进行了电火花加工实验验证。仿真结果显示:多孔质电极的极间流场流速由于分布式冲液出口的存在而呈现分布式特征,且流场外围流速大于中心流速;采用多孔质电极后,由于分布式冲液出口的存在,能够将固相蚀除产物沿一定的通道有效排出加工区域。与仿真结果相对应,电火花加工实验结果表明:由于冲液对蚀除产物良好的排出作用,多孔质电极能够获得更高的加工效率,且加工速度随加工深度变化不大;但由于冲液影响了炭黑向工具电极的附着行为,导致工具电极相对损耗率增大。