高速电弧放电加工的多孔电极制备

高速电弧放电加工是利用流体动力断弧机制实现对电弧的有效控制从而去除材料的。流体动力断弧机制的实现依赖于高速的极间流场动力,该动力需由多孔电极的强制内冲液提供。首先阐明了选择石墨作为多孔电极材料的原因;其次,完成了集成CAD、CAE(主要是CFD)和CAM的多孔电极设计、仿真及制造的软件模块,这些模块能依据加工工件的特征快速、高效地完成对应多孔电极的制备;最后,为了验证制备的一系列多孔电极的电弧加工能力,对典型工件包括具有复杂3D型腔的零件进行了加工实验。结果表明:基于多孔电极的高速电弧放电加工能实现很高的材料去除率(MRR14 000 mm3/min)和较低的工具损耗率(TWR1%),故特别适用于以难切削材料的大余量去除为主的粗加工。     

基于PMAC的高速电弧放电加工控制系统设计

针对高速电弧放电加工方法对机床加工设备的需求,基于PMAC运动控制器,开发一套高速电弧放电加工机床控制系统。该控制系统以工控机作为控制中心,采用满足高速电弧放电加工需求的功能控制软件;伺服控制平台采用PMAC运动控制器,以达到精确控制运动目的;以QT系统进行人机交互,并控制伺服运动系统、冲液系统和电源系统等完成其控制功能。通过制作系统控制柜与调试,得出设计的系统满足高速电弧放电加工需求。这为高速电弧放电加工方法的研究提供了参考。     

侧铣式高速电弧放电加工工艺研究

侧铣式高速电弧放电加工利用电极侧面放电蚀除工件材料,能加工复杂的型腔、沟槽及直纹面等。为了探索这种新型电弧放电加工的工艺特性,探讨了峰值电流、脉宽和冲液压力等条件对工件材料去除率和相对电极损耗率的影响。实验结果表明:提高冲液压力和峰值电流均能增大工件材料去除率;相对电极损耗率随冲液压力的提高而增大,随峰值电流的提高而减小。在一定范围内,工件材料去除率随脉宽的提高而增大,相对电极损耗率随脉宽的提高而减小。     

排屑对闭式整体叶盘电火花加工的影响

针对闭式整体叶盘电火花加工中由排屑不畅导致的加工效率降低问题,提出了预孔抽液方法,从流道上电极加工的对侧抽取工作液来改善排屑条件;分析了预孔数量、直径和角度对排屑的影响效果。实验表明:相比于常规的冲液排屑方法,采用预孔抽液排屑方法加工某闭式叶盘的加工效率提高了22.4%。     

基于流体动力断弧的高速电弧放电加工

提出了一种可用于难加工材料大余量高速蚀除的新的放电加工方法——基于流体动力断弧的高速电弧放电加工。与传统的电火花加工方法相比,高速电弧放电加工采用具有更高能量密度的电弧放电而不是火花放电来实现材料的蚀除;与其他利用电弧进行材料去除的工艺方法相比,高速电弧放电加工可使用特殊设计的成形电极实现强制多孔内充液,从而获得三维复杂型腔的沉入式加工能力,因此具有更广泛的应用前景。初步实验表明,对于镍基高温合金等难切削材料,高速电弧放电加工的材料去除率(MRR)远高于传统的电火花加工,甚至高于铣削加工。例如:加工镍基高温合金(GH4169)的材料去除率可达11 300 mm3/min,而电极损耗率(TWR)低于3%。由此可见,高速电弧放电加工在难切削材料的高效去除加工方面具有明显的技术优势。     

自导向弯孔加工流场的数值模拟及试验研究

随形冷却通道可有效降低模具的温度、提高产品质量,随形冷却通道由多段弯孔构成,基于电解加工原理提出自导向弯孔的加工方法。在分析弯孔的电解加工过程阴极流场的基础上,设计了四种电极出液口形式,并分别以电解液的流道为物理模型,建立了数值模拟时所需的数值模型。由电解加工过程中电解液运动为湍流状态,确定采用RNG k-ε模型对稳态加工是电解液流道进行了数值模拟,选择了流线情况较好的出液口形式,并且对出液口形状进行了优化设计,为随形冷却通道的加工提供了可靠的技术方案。     

微细电火花内冲液小孔加工的非电参数工艺研究

采用内冲液方式能有效提高微细电火花小孔加工的效率,研究了微细电火花内冲液孔加工中的内冲液压力、电极转速等非电参数对加工效率和电极损耗的影响及电极转速对孔径大小的影响。通过实验发现,当内冲液压力达到一定值后,其对效率的提高作用会减弱;高转速电极对提高加工效率、降低电极损耗很有必要;且电极转速越高,放电越均匀,加工出的孔径越小。     

复杂流道构件组合放电加工技术研究

复杂流道构件的高效、高精度加工是液体火箭发动机的核心制造技术之一,随着发动机涡轮泵功率及涡轮效率的不断提升,涡轮泵复杂流道构件的加工去除量大幅增加,同时对加工精度的要求也越来越严格。故提出了高速放电铣削粗加工与多轴联动电火花成形精密加工复合的加工工艺,通过对复杂流道构件的高速放电铣削加工电极损耗补偿和多轴联动电火花成形加工轨迹规划等技术的研究,实现了复杂流道构件的高效、高精度放电加工。     

高速电弧放电加工放电过程研究

为了促进电弧加工技术的进一步发展,详细了解和掌握其加工现象背后的机理变得十分必要。借助于高速摄像机和光谱仪,对高速冲液条件下的电弧放电过程进行了实验研究。计算结果表明:弧柱温度远远超过普通电火花温度,是一种更高效的去除材料热源。高速摄像结果指出:流体动力断弧机制可有效地干扰电弧、防止出现稳态电弧放电,促进大能量电加工的稳定进行。此外,还对电弧放电产生的蚀坑形貌进行了研究,结果解释了工件正极性加工能得到更大材料去除率、而工件负极性加工能得到更好表面质量的原因。     

SiC_p/Al高速电弧放电加工研究

研究了高速电弧放电加工铝基碳化硅增强复合材料(Si Cp/Al)的性能。通过对体积分数为20%的碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行加工实验得出:在峰值电流500 A、脉冲宽度10 ms时,材料去除率超过8200 mm3/min,电极损耗率约为2%。此外,研究了加工极性对工件表面质量的影响,得出电极负极性、大电流可用于大余量材料去除,电极正极性、小电流可用于小余量表面修整的结论。最后,采用高速电弧放电加工实现了碳化硅颗粒增强铝基复合材料的钻孔、铣削和切割等加工工艺。