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。     

短电弧铣削加工实验平台

与传统金属材料加工技术相比,短电弧加工技术具有加工时间短、刀具磨损率低和节能环保等优势,在金属材料加工领域得到快速普及。但是该技术较为复杂且加工过程中随机性较强,因此无法进一步提升使用效率。为了解决这个问题,需要基于电参数与非电参数对于短电弧铣削加工能力的影响,对短电弧加工技术的各项参数进行优化,研发更为高效的短电弧铣削加工实验平台。     

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。     

线电极放电铣削凹坑的材料去除率规律研究

线电极放电铣削加工是一种新型电火花铣削技术，它的最大优点是可通过线电极的缓慢移动来补偿加工中的电极损耗。在其加工过程中，由于较多的参数影响（包括电参数和非电参数）及复杂的放电机理，要获得理想的加工效果相当困难。为此，本文通过试验对线电极放电铣削材料去除率进行了初步研究。     

微细电火花加工机理研究

通过设计单脉冲放电实验,获得加工材料的表面形貌,以及单脉冲放电形成的凹坑.根据不同参数下材料的表面形貌,分析主要电参数与加工表面粗糙度的关系,以及加工表面凹坑的形成原因,得到影响加工质量的主要参数.     

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。     

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。     

电弧加工中冲液对等离子通道演化行为的影响

电弧加工是一项新型的放电加工方式。为了研究流体冲液对电弧加工性能的影响,在专门的实验设备上进行了单脉冲放电试验,用高速摄像机记录了整个放电过程并对放电凹坑表面形貌相关参数进行了测量。结果表明冲液对等离子通道的压缩作用比浸液的压缩作用强。冲液的压缩作用具有一定的单向性,大部分压缩作用来源于冲液一侧,没有浸液的压缩作用全面。采取流体冲液时,当工件极性为负时,弧根直径较大,凹坑直径较小;当工件极性为正时,弧根直径较小,凹坑直径较大。这种明显的极性效应有利于电弧加工。冲液不能改善凸缘高度引发的恶化的间隙状态,应当同时采用其他方法改进电弧加工过程。     

GH4099高温合金电弧增材制造工艺研究

研究了GH4099高温合金电弧增材制造材料的显微组织及力学性能,结果表明:GH4099高温合金电弧增材制造过程中材料流动性较差,需采用He气进行保护才能满足成形需求;电弧增材制造组织呈现出较为明显的各向异性,其中垂直于增材方向呈现出连续的列状枝晶,而平行于增材方向则呈现出等轴晶组织,在等轴晶内部存在着树枝晶亚结构,大量γ′强化相及MC碳化物弥散分布在等轴晶晶界和晶粒内部;经常温与900℃高温力学测试,GH4099高温合金电弧增材制造材料抗拉强度和常温断后延伸率均满足GB/T 14996—2010《高温合金冷轧板》标准要求,但900℃高温断后延伸率低于标准要求。     

电弧加工参数对镍基高温合金表面质量的影响

镍基高温合金材料是一种高强度、高耐热性的典型难加工材料。利用短电弧加工技术对这种材料进行短电弧加工试验与分析,针对镍基高温合金材料的切削特性分析了其电加工特性和电弧加工机理,采用正交试验方法对镍基高温合金的电弧加工特性进行试验研究,确定出了加工电压、放电间隙和主轴转速这3个试验因素对表面质量的影响水平,并得出影响因素水平从大到小依次为:电源电压、放电间隙、主轴转速。     

电极材料及极性对短电弧铣削镍基高温合金影响的研究

短电弧铣削加工过程中,不同工具电极材料对加工后的工件表面质量以及电极损耗有很大的影响,并且在加工时,正负极性的不同,也会导致工具电极损耗、加工效率有所变化。针对此现象展开深入的分析并进行实验探究。实验结果表明:钨铜合金作为工具电极材料进行加工时,工件表面质量以及电极损耗均比以石墨、紫铜作为工具电极材料进行加工时有显著改善;其次,在加工时采用正极性加工比负极性加工虽然表面质量略微有所降低,但工具电极损耗有明显的减小,且加工效率与之相比有显著的提高,通过对加工后的综合因素评定,可知短电弧铣削加工镍基高温合金(GH4169)时宜采用正极性加工。     

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。     

激光加热辅助铣削高温合金GH4698试验研究

激光辅助铣削(LAML)技术是难加工材料的有效加工方法,通过激光照射可提高材料的温度,改善其加工性能。本文通过对高温合金GH4698材料进行激光辅助铣削试验研究,分析了激光与工艺参数对切削力、刀具磨损及已加工表面质量的影响规律。结果表明,激光辅助铣削可以在不改变GH4698的组织结构及材料性能前提下降低切削力和刀具磨损,提高加工质量。     

单脉冲电火花加工电源的设计

单脉冲放电对电火花放电加工机理的研究具有重要的意义,通过对单脉冲放电凹坑的研究可以定性或是定量地分析蚀除率、表面粗糙度与电参数的关系.适合于课题研究目的的单脉冲放电电源是对单脉冲电火花加工机理深入分析的关键,详细地介绍了一种实验室单脉冲电源的制作方法.     

基于热学仿真的微细电火花加工表面形貌预测

根据热传导基本理论和微细电火花加工的实际情况,建立起微细电火花加工的热传播模型.采用ANSYS分析软件,基于有限元方法对P+硅和45钢两种材料单脉冲放电情况的温度场进行了数值模拟,分析了微细电火花铣削加工中表面粗糙度与放电能量之间的关系.结果表明,微细电火花仿真能够很好地模拟放电凹坑的温度场分布,进而预测加工表面形貌.     

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。