硬脆材料皮秒激光微加工试验研究

硬脆材料微加工中常存在材料易崩裂、刀具磨损严重、加工效率低等不足,引入超短脉冲激光微加工技术,通过光-热-力效应引发材料去除,可有效克服上述加工难题。以羟基磷灰石生物陶瓷、氧化铝工程陶瓷、单晶硅三种典型硬脆材料为加工对象,探索基于皮秒激光的微加工工艺方法,尝试利用激光干切、液体辅助、化学辅助等不同手段,完成微槽、微孔等结构的高质量加工,并分析微加工表面特征形貌,评估工艺方法可行性。     

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。     

基于FPGA的绝缘陶瓷电火花加工脉冲电源的研制

针对现有绝缘陶瓷电火花加工效率较低、加工质量较差的问题,通过分析绝缘陶瓷的间隙放电状态,研制基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)绝缘陶瓷的电火花加工脉冲电源。该电源可实现低阻火花放电的等电路脉宽模式和抑制有害脉冲放电的高频分组脉冲模式。在硬件上,脉冲电源采用模块化设计,由基于FPGA的主振模块、带LCD缓冲回路的MOSFET功率放大模块、基于四阈值电压电流比较法的间隙放电状态检测模块组成。结果表明:与常规脉冲电源相比,针对绝缘陶瓷氧化铝的加工,所研制的脉冲电源可有效提高低阻火花放电率,抑制有害脉冲放电状态;其加工速度为0.48 mm/min,提高了33%;电极相对损耗为132%,降低了16.9%;表面粗糙度为4.6μm,降低了22%;孔边和孔壁无显著微孔隙产生。该脉冲电源可有效提高绝缘陶瓷的加工效率和加工质量。     

绝缘涂层构件电化学放电穿孔技术

研究了绝缘涂层构件的电化学放电加工原理与5种放电过程及其电压电流波形特点。分析了绝缘涂层构件穿孔技术中的绝缘涂层材料加工、绝缘涂层与基体金属过渡加工及基体金属加工3种不同状态及其特点,采用不同的进给速度和加工电压,以提高加工效率和质量。对钛合金基体的氧化锆陶瓷涂层材料进行了电化学放电穿孔实验,验证了该方法是可行的。     

硅电极电火花放电的表面改性技术研究

采用单晶硅材料作工具电极,选择合适的脉冲放电参数对碳素工具钢进行电火花表面强化,在工件表面上形成一层硅及硅的化合物.研究结果表明,表面硅化处理后的工件表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性均明显提高,可有效提高工件的性能和使用寿命.     

PZT激励同步压缩放电通道微细电火花加工工艺参数对加工结果的影响

提出了压电陶瓷(piezoelectric ceramic transducer,PZT)激励同步压缩放电通道微细电火花加工,目的在于改善微细电火花加工的放电环境。介绍了PZT激励同步压缩放电通道微细电火花加工原理,研究了开路电压、脉冲宽度、脉冲频率和峰值电流对其电极损耗和材料去除率的影响,并与不采用压缩通道方法的微细电火花加工进行了对比。结果表明:同等条件下,采用PZT激励同步压缩放电通道技术,提高了加工过程的稳定性和材料去除率,降低了电极损耗率,有效改善了放电环境。     

放电参数对线切割加工A8工具钢表面粗糙度与材料去除率的影响

A8工具钢是一种高硬度高韧性的难加工材料,常用电火花线切割来加工处理。电火花线切割加工A8工具钢实际生产过程中,表面粗糙度和材料去除率分别是加工表面质量和加工效率的重要指标,放电参数直接影响到表面粗糙度和材料去除率。在几组生产中常用的放电参数(加工电流、脉冲宽度、脉冲间隙)条件下,加工A8工具钢,分别得到每种放电参数对表面粗糙度和材料去除率的具体影响规律,结果表明:随着加工电流的增大,加工后材料表面粗糙度和材料除去率同时增大且趋势相似;随着脉冲宽度的增大,加工后材料表面粗糙度和材料除去率同时增大;随着脉冲间隙的增大,材料除去率呈递减趋势,加工后材料表面粗糙度前期递减,在脉冲间隔8μs后减小趋势放缓,在脉冲间隔10μs时达到最小值,在脉冲间隔大于10μs后略有升高,变化幅度不大。研究结果为实际生产中电火花线切割加工A8工具钢提供技术参考,可以根据不同的生产要求选择合适的放电参数组合。     

电火花磨削非导电工程陶瓷实验研究

针对非导电工程陶瓷的加工难题,提出了双电极同步伺服电火花磨削新方法,并用不导电的Al2O3工程陶瓷进行了加工实验,研究了脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电压、峰值电流等电参数对材料去除率和表面粗糙度的影响规律,并进行了理论分析.实验结果表明,在实验加工的范围内,脉冲宽度的增加、峰值电压的升高、峰值电流的增大、脉冲间隔的降低都能使材料去除率升高,而对表面粗糙度的影响则不尽相同.     

单晶硅电火花铣削电极损耗研究

提出了一种以电火花加工技术对半导体硅材料进行铣削加工的方法,分别进行了单晶硅和45钢的电火花铣削加工,发现铣削单晶硅的电极体积相对损耗仅为0.41%,而45钢达到9.22%.针对此现象,从蚀除机理、放电间隙以及放电电流的爬坡特性方面对单晶硅放电加工特性进行了研究,并解释了其电极损耗低的原因.最后研究了不同加工规准下,单晶硅电火花铣削加工电极相对损耗的工艺规律.     

钻削与电火花小孔组合加工装置及实验研究

结合当前金属基陶瓷涂层材料工件打孔时出现二次装夹带来的定位误差的问题,提出了先利用表面涂覆金刚石刀具的钻头对陶瓷层材料进行钻削加工,待其金属基材裸露之后采用电火花小孔加工金属层。为实施两种加工方法,改造实现了双主轴专用装置,针对金属层电火花小孔加工设计开发了半桥逆变脉冲电源,搭建了放电伺服控制系统,开发了伺服控制程序。设计了两种加工方法自动切换电路,为实现加工过程自动化提供了基础。对表面涂覆氧化锆的钛合金复合材料进行连续打孔实验,实验结果表明该组合加工方法可以实现金属基陶瓷涂层材料小孔加工,连续打孔时公差范围小于10μm。