金属玻璃电火花加工多目标优化研究

为解决金属玻璃电火花加工(EDM)过程中,操作人员难以选取最佳工艺参数来获得最优加工效果这一问题,对带有精英策略的非支配排序遗传(NSGA-II)算法进行改进;并将改进的算法应用于金属玻璃电火花加工的加工效果优化中,寻求峰值电流、脉冲宽度和脉冲间隔3个工艺电参数的最优值,以实现工件表面粗糙度最小化和切割速度最大化的优化目标。采用将Jensen递归法与快速排序法相结合的算法代替原有的排序算法,以及在算法中添加删选规则对传统的NSGA-II算法进行改进,以增加种群的多样化,减少算法运算时间,提高算法效率。仿真结果表明,采用改进的NSGA-II算法仿真得到的工件表面粗糙度和切割速度的最优值更优于传统算法,收敛精度更高;而且改进算法的仿真结果更接近金属玻璃电火花加工的实际加工结果,对于加工过程的优化更为可靠,这对实际生产应用具有更好的参考意义。     

基于遗传算法的电火花加工参数优化

本文根据电大花加工工艺规律,以加工速度和表面粗糙度为目标,运用遗传算法优选加工参数并进行了仿真。结果表明遗传算法可有效解决电火花加工条件优化的问题,自动生成加工参数,而且收敛速度极快,满足机床控制的要求。     

钛合金TC4的电火花放电研究

对使用石墨电极进行电火花加工钛合金TC4进行了研究,认为无论脉宽大小均应采用正极性加工。并通过扫描电镜分析和X射线衍射分析等手段对正极性加工时其表面不形成碳保护膜的原因进行了深入的分析。     

钛合金小孔电火花加工有限元仿真研究

为有效地预测钛合金材料电火花小孔加工的体积去除率,利用有限元法建立了单脉冲电火花加工钛合金小孔的数学模型。模型考虑了诸多因素：高斯热源模型、能量分配率、随放电时间变化的放电半径以及熔融潜热。应用生死单元法模拟出去除体积形貌图,然后计算出单脉冲去除体积。采用K1C高速小孔机加工钛合金小孔,记录加工时间,利用称重法得出加工前后重量,从而算出单脉冲体积去除率。验证实验得出,实际加工单脉冲体积去除率和模拟结果的误差小于10%,结果表明,仿真模型可较准确地预测体积去除率,为指导电火花加工钛合金小孔提供了依据。     

TC4钛合金多孔质电极电火花加工性能研究

采用了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进行了TC4钛合金电火花加工性能实验研究。多孔质工具电极可利用颗粒间孔隙形成的流道在加工过程中实现分布式的全向内冲液,增强钛合金电火花加工中的排屑作用。实验结果表明,多孔质电极能够采用不抬刀方式加工,其加工效率可达实体铜电极的3倍;且由于在冲液条件下钛合金加工屑向工具电极的反粘附着行为,使得其电极相对损耗率大幅降低。对半封闭复杂型腔的加工实验结果表明,采用多孔质电极进行粗加工能够大幅缩短加工时间,显示了多孔质电极在有一定深度的钛合金复杂型腔加工中具有较强的加工能力。     

电火花加工TC4钛合金时电极损耗的探讨

从试验出发，在相同的条件下，用电火花成型加工方法加工钛合金TC4，分别使用紫铜和铜钨合金电极作对比试验研究。并对用不同电规准加工时的电极损耗机理和生产率（加工速度）作出了分析和探讨，得出了相应的结论。     

水包油型乳化液钛合金TC4电火花加工特性研究

为解决钛合金在煤油介质中电火花加工效率低及在蒸馏水介质中加工表面质量差的问题,提出利用乳化剂将煤油和蒸馏水超声振动后形成水包油型乳化液作为工作介质的加工方法。分别以煤油、水包油型乳化液和蒸馏水为工作介质,对钛合金TC4进行放电加工试验,从加工效率、电极相对损耗率和表面质量三个方面,对比研究了不同工作介质中钛合金电火花加工的特性。试验结果表明：水包油型乳化液中的加工效率是煤油中加工效率的两倍左右,工件表面粗糙度值Ra比蒸馏水中的Ra值减小了15%~20%,加工后工件表面微裂纹较少,表面较平整,但其电极相对损耗率高。     

钛合金铣削加工参数多目标优化研究

为解决钛合金铣削加工存在的高成本、低效率问题,以生产效率最大和刀具寿命消耗率最小为目标,建立了铣削参数优化模型。提出了扩展非支配排序遗传算法（ENSGA-Ⅱ）,对种群初始化子过程进行规范化处理,保证了种群的多样性和均匀性;根据Pareto最优原理将非支配概念从目标函数空间扩展到约束空间,使得多目标多约束问题的处理更具有适应性和有效性。实例表明,该方法具有良好的寻优能力,能够获得满意的Pareto解集。借助于该方法,工艺人员可根据优化目标灵活地选择铣削参数,更好地协调生产效率、生产成本和表面质量之间的关系。     

切削加工参数多目标优化的神经网络方法

采用神经网络方法求解切削加工多目标优化问题,给出了Boltzmann机神经网络模型和算法,通过实例运行证明了神经网络优化求解的可行性。     

TC4钛合金微孔加工钻削力的仿真与试验研究

通过对TC4钛板上钻削?0.1mm微孔的研究,建立了一种能够精确预测钻头所受钻削力的切削力模型。利用解析法分别将主切削刃和横刃离散成一系列斜角切削单元和直角切削单元;应用Deform软件,并充分考虑微细加工中特有的尺寸效应,模拟出每个单元所受的力;建立切削单元的局部坐标系与整个钻头的整体坐标系,将每个切削单元所受的力转化为整个钻头所受的力,进而求出整个钻头的轴向力与扭矩。通过多组工艺参数的仿真与实验,表明该切削力模型能够比较精确地测出微钻削过程中的钻削力。     

小孔加工电火花脉冲电源实验研究

针对传统脉冲电源普遍存在的电能利用率低、电阻发热严重、散热设备庞大等问题,提出了一种取消限流电阻的电火花脉冲电源结构。电源由PWM控制器、DC/DC变换器、加工脉冲时序发生器等组成。电源本身具有自动调节输出电压的功能,可实现空载击穿电压、脉冲宽度、脉冲间隔独立可调,取消了体积庞大的工频变压器。通过多次小孔加工实验获得了脉冲电源加工过程中电极损耗率、小孔椭圆度以及单边放电间隙等和电源稳定性相关参数的数据曲线,所得数据表明电源具有较好的加工稳定性和可靠性。     

分散剂在TC4上进行电火花小孔加工的性能

针对在TC4上进行电火花小孔加工时工件材料去除速度低、相对电极损耗大的问题,为使加工高效低耗,尝试将一定浓度的分散剂聚丙烯酸钠（PAAS）作为电火花小孔工作液,从加工碎屑状态、工作液表面张力等方面进行研究,并应用FLUENT软件对间隙工作液流速进行模拟,分析流场对碎屑的影响。在此基础上进行加工和稳定性实验,得到在TC4上进行电火花小孔加工的最佳工作液配比,改进后材料去除速度最大提高97.56%,加工深径比最大提高了56.94%,研究结果为电火花加工配制合适的工作液提供了参考。     

加工TC4钛合金发动机叶片球型刀的试验研究

针对发动机TC4钛合金叶片的切削加工,通过生产部门大量的切削试验,确定了合理的刀具材料、几何角度、切削用量以及粗、精加工条件下刀具的相对磨钝标准。并用试验验证了粗、精加工条件下几何角度和切削用量对球型刀耐用度的影响以及表面粗糙度值随切削时间的变化规律。试验结论对硬质合金球型刀切削TC4钛合金叶片具有实际的指导意义与参考价值。     

钛合金深小孔超声电火花加工工艺与实验研究

针对钛合金深小孔加工的技术难点,研制了具有四轴联动功能的微细超声电火花加工机床,在所研制的机床上,进行了钛合金深小孔超声电火花复合加工实验,就超声振动及削边电极在加工中的作用进行了系统和研究。     

(TiB+TiC)/TC4钛基复合材料电解加工基础试验研究

针对钛基复合材料及其基体材料展开电解电化学特性研究,测量了TC4及(TiB+TiC)/TC4复合材料在NaNO3溶液中的极化曲线和电流效率.研究发现,(TiB+TiC)/TC4复合材料相较于TC4分解电压更高,电流效率更低.选用合适的加工参数进行(TiB+TiC)/TC4复合材料的电解铣磨粗、精加工.结果表明:粗加工后平整性较差,有明显的接刀痕,反应面存在大量未脱落的晶须状增强相,表面粗糙度Ra为5.262μm.精加工后具有较好的平整性,可以观察到金属光泽与磨削的痕迹,表面粗糙度Ra减小至0.702μm.     

钛合金TC4放电加工电极损耗研究

针对钛合金TC4在火花油中放电加工电极损耗大的问题,以蒸馏水和火花油为工作介质,进行了钛合金TC4的放电加工试验,分析比较了两者的电极绝对损耗量和相对损耗率的差异,并从加工波形和加工后电极的表面微观形貌及主要成分等几个方面研究了电极损耗机制。结果表明:蒸馏水的绝缘性较差,而流动性和冷却性好,消电离较充分,改善了极间状态,加工稳定,使加工效率大大提高;另外加工过程中产生的少量氧化钛和从工件飞溅的蚀除产物附着在电极表面,形成覆盖层,有效抑制了电极损耗。其电极绝对损耗与火花油加工时相差不大但相对损耗却大大降低。     

(TiB+TiC)/TC4钛基复合材料电解加工基础试验研究

针对钛基复合材料及其基体材料展开电解电化学特性研究,测量了TC4及(TiB+TiC)/TC4复合材料在NaNO3溶液中的极化曲线和电流效率.研究发现,(TiB+TiC)/TC4复合材料相较于TC4分解电压更高,电流效率更低.选用合适的加工参数进行(TiB+TiC)/TC4复合材料的电解铣磨粗、精加工.结果表明:粗加工后平整性较差,有明显的接刀痕,反应面存在大量未脱落的晶须状增强相,表面粗糙度Ra为5.262μm.精加工后具有较好的平整性,可以观察到金属光泽与磨削的痕迹,表面粗糙度Ra减小至0.702μm.     

TC4钛合金螺旋铣孔工艺孔壁表面完整性研究

研究了螺旋铣孔工艺参数(主轴转速、每齿切向进给以及螺距)对TC4钛合金孔壁表面完整性的影响规律。通过开展TC4钛合金螺旋铣孔加工正交试验并利用粗糙度仪、显微硬度计、X射线应力仪、金相显微镜等测量分析了螺旋铣孔工艺对表面粗糙度、显微硬度分布、表面层残余应力分布以及显微组织变化的影响。结果表明:孔壁最大表面粗糙度Ra 0.431μm,能很好满足航天工业对制孔粗糙度的要求;适当孔壁硬化(硬化程度为129%~141%)提高了耐磨性;表面层残余应力均为压应力,有利于提高孔的疲劳性能;由于散热良好和机械载荷小,孔壁表层并没有出现"白层"现象;因此,螺旋铣孔工艺能大大改善钛合金制孔表面完整性。