定长补偿电火花铣削加工中锥形电极的形成及稳定性

电火花铣削可以利用简单电极加工复杂工件,对铣削过程中电极损耗进行补偿是保证工件加工精度的重要措施。使用圆柱电极进行定长补偿铣削加工,加工过程中电极端面会形成一个圆锥形。为保证补偿精度,对电极圆锥形端面的形成及稳定性进行了研究。通过对定长补偿下工件被加工情况的研究,阐述了圆锥形电极形成的具体过程;并且论证了在加工进入稳定阶段以后,圆锥端面角度会基本保持在一个恒定值,研究了初始加工深度和补偿长度对锥形过渡阶段的影响;在电极直径、电参数一定情况下,验证了加工模型中锥形角度与目标加工深度的函数关系,实验结果与模型计算结果相差2.1%;最后给出了加工实例,并获得较好的加工效果。     

微幅往复走丝微细电解线切割试验研究

 微细电解线切割是一种新型的微细加工技术,适合高精度金属窄缝、窄槽等微细结构的加工,由于加工间隙内电解产物排出困难,容易影响加工精度。为了提高产物排出效率,提出线电极微幅往复走丝促进加工间隙内电解产物排出的方法,改善了加工稳定性,提高了加工精度和加工效率。建立了间隙内电解产物排出效率对加工精度、加工速度影响的数学模型,分析了线电极走丝速度和走丝幅值对间隙内电解产物排出和电解液更新的影响。通过试验研究了线电极的走丝速度和走丝幅值对加工精度和加工效率的影响规律,采用优化参数在厚度为80 μm的钴基弹性合金上进行微槽结构加工,底面粗糙度约为0.45 μm,倒角半径小于8 μm。结果表明线电极轴向微幅往复走丝可以有效地提高加工质量和加工效率。     

微小挠性结构件加工技术研究

研究了微小挠性结构件加工技术,将微细铣削技术应用到微小挠性结构件加工中,并介绍了其微细铣削工艺及其检测方法。     

复杂结构的微细电解加工实验研究(英文)

介绍了用于加工微结构的微细电解加工技术,超短脉冲电源的应用很大程度上提高了微细电解加工的定域性。首先,建立了一整套用于微细电解加工的加工系统;然后,为优化加工结果,分组实验并研究了一些重要加工参数对加工过程的影响,着重分析了脉冲宽度对加工形状精度的影响和电极工作端形状对已加工表面质量的影响;最后,在优化后的参数条件下,成功加工出了一个形状精度高、已加工表面质量好的复杂结构。     

微尺度线电极电解加工

微尺度线电极电解是近期出现的一种新加工方法,采用钨丝作为线电极,在加工过程中电极无损耗,通过控制工具电极轨迹可实现微细结构加工。建立了微尺度线电极电解加工模型;通过微尺度线电极叠加微幅振动,促进了加工间隙中电解液更新;针对加工电压、脉冲宽度、脉冲周期和加工速度等影响微尺度线电极电解加工精度的因素进行了参数对比试验,并对加工参数进行了分析和优化。采用电化学腐蚀原理进行微米尺度线电极的在线制作,在线制得直径10 μm和2 μm的线电极,实现了切缝宽度为20 μm以下的复杂微细结构以及切缝宽度为8 μm以下的微螺旋结构。     

制作微结构的超声复合加工机理

提出了制作微结构的超声复合加工方法,分析了超声、超声复合电火花、超声复合电解微细加工机理。用微细放电组合工艺制作了多种截形微细工具电极;完善试验系统,进行了多种材料、形状微结构超声复合加工试验。结果表明:超声加工是制作硬脆材料微结构的有效方法;超声复合电火花制作金属材料微结构有较好的精度及加工稳定性;超声复合电解加工兼有效率高、精度好的技术优势。     

基于遗传算法的微细铣削加工参数优化

针对微细铣削表面粗糙度数学模型和铣削力数学模型,分别采用遗传算法和模拟退火遗传算法对微细铣削表面粗糙度值、铣削力和表面粗糙度值双目标进行优化;以表面粗糙度值为约束,加工效率为目标函数,采用退火精确罚函数法处理约束条件,得到最优铣削用量组合,并对两种优化方法得到的结果进行对比,为微细铣削加工提供依据。     

镍基高温合金电火花辅助电弧高效铣削技术

镍基高温合金因具有独特的物理化学性能，在航空、航天和军事工业等领域得到了广泛应用。然而，国内外常用的镍基高温合金机械铣削方法存在着材料去除率低、成本高和刀具损耗大等问题。尤其用其加工航空航天领域的整体叶盘、涡轮盘、机匣、航天器连接框和航天器返回舱体等零件时，上述问题更加突出。针对这些问题，开展了镍基高温合金电火花辅助电弧高效铣削技术的研究工作。采用高纯石墨工具电极内冲液、外冲气的工作介质冲注方式，使用自行研制的电火花辅助电弧高效铣削数控机床，试验研究了不同工艺参数对加工镍基高温合金GH4169的材料去除率、电极相对损耗率、加工误差等工艺性能的影响关系，揭示了工件加工表面的微观结构特性。试验结果表明，加工镍基高温合金GH4169的材料去除率达11 523 mm³/min,电极相对损耗率约为1.5%,加工成本远低于机械铣削。     

GH4169G整体叶盘阶梯铣削稳定性研究

为解决高强高温合金GH4169G整体叶盘叶片铣削加工不稳定问题,通过有限元分析的方法,分析了沿大径方向(叶片宽度)和轴向(叶身方向)两种逐层铣削方案对加工稳定性的影响,研究了阶梯铣削工艺和传统双面对称铣削工艺对整体叶盘叶片铣削稳定性的影响.结果表明:沿大径方向逐层加工时,其理论绝对稳定极限切削深度小于实际加工中可能的最大切削深度,主轴转速、切削深度等切削参数选择范围较小;而沿轴向逐层加工时,其理论绝对稳定极限切削深度大于实际加工中可能的最大切削深度.与传统双面对称铣削工艺相比,阶梯铣削工艺使整体叶盘叶片的刚度得到提高,相同载荷下叶片的最大变形量降低了60%,其前6阶模态频率均较高,加工过程更稳定,加工出的叶片能满足设计要求.      

高速铣削铝合金7055铣削力和铣削温度的仿真研究

采用有限元分析软件AdvantEdge模拟了航空铝合金7055高速铣削过程,获得了单个刀齿高速加工中铣削力变化曲线,预测了不同切削时间下工件及刀具上的温度分布,获得了刀具前刀面和后刀面的温度分布曲线;建立了高速铣削参数对铝合金7055铣削力和铣削温度的影响曲线,可辅助优化切削加工参数,有助于减小切削过程中刀具的磨损,改善刀具切削状态,提高刀具使用寿命.     

高回转精度微柱状电极电化学加工模型及试验

为实现高回转精度微柱状电极的精确高效在线制备,对微电极电化学刻蚀过程进行了深入的研究与改进。首先,根据电化学刻蚀原理,分析了电极旋转对柱状电极加工的影响,试验证明电极旋转可以提高电极的回转精度;其次,根据试验归纳,确立了加工电压、浸液深度和电极转速之间的函数关系,建立了高回转精度微柱状电极加工控制数学模型;最后,在上述模型的指导下,选择优化的加工参数组合,成功加工得到一系列直径为100 μm左右、同轴度误差小于1 μm的柱状电极。     

Experimental investigation of rotary sinking electrochemical discharge milling with high-conductivity salt solution and non-pulsed direct current

Electrochemical milling is a modified technique of traditional electrochemical machining (ECM) that can be used to manufacture some helicopter transmission system parts. The use of rotary tools and an inner-jet electrolyte supply pattern can greatly improve the material removal rate (MRR) in a single pass. However, the feed speed is generally limited to minimize the tool wear. To increase the MRR, electrical discharge machining (EDM) is introduced into the electrochemical milling process. The tool rotation is employed to interrupt the discharge and the high-conductivity salt solution and non-pulsed direct current power supply are also adopted to increase ECM, eventually, a new machining method is proposed, which can be called rotary sinking electrochemical discharge milling (RSECD milling). The mechanism of it is explored in this study by analyzing the machined current, MRR, surface morphology, and tool wear at different applied voltages and feed speeds. Besides, the RSECD milling using the tool with a larger diameter is also conducted to further verify the effectiveness. In particular, the MRR can be increased by 742.5% when using the tool with a diameter of 20 mm at the applied voltage of 20 V.     

Laser-induced oxidation assisted micro milling of high aspect ratio microgroove on WC-Co cemented carbide

Severe tool wear and poor surface quality are the main problems during micro machining of cemented carbide. In this work, an innovative hybrid process of laser-induced oxidation assisted micro milling (LOMM) was proposed to solve the problems. A nanosecond laser was utilized to induce oxidation of the WC-20%Co material, producing loose oxide which was easy to remove. The micro machinability of the material was improved by laser-induced oxidation. The oxidation mechanisms of cemented carbide were studied. A microgroove with a depth of 2.5 mm and aspect ratio of 5 was fabricated successfully. The milling force, surface quality and tool wear mechanisms were investigated. For comparison, a microgroove was also fabricated with conventional micro milling (COMM) using identical milling parameters. Results revealed that in LOMM the milling force and tool wear rate were extremely low during removing the oxide. The machined surface quality and dimensional accuracy achieved by LOMM were superior to those obtained by COMM. The surface roughness S_a of the microgroove bottom reached 88 nm in LOMM, while the cross-sectional geometry of the microgroove was a trapezoid. Perpendicularity of the microgroove sidewall machined by LOMM was better than that by COMM. The tool wear forms in LOMM were coating spalling and slight tool nose breakage. Compared with COMM, the tool life in LOMM was prolonged significantly. It indicates that the proposed hybrid process is an effective and efficient way to fabricate high aspect ratio micro-features with high dimensional accuracy.     

冰层辅助对电火花-电解复合穿孔的影响

电火花-电解复合穿孔(ECDD)加工方法有望实现难加工材料涡轮叶片气膜冷却孔无重铸层高效加工,为了进一步提升小孔孔壁的加工质量,提出了在工件底部填充冰层的电火花-电解复合穿孔加工新方法。分析了冰层辅助对复合加工过程中两极之间电流电压的波形、复合穿孔的加工效率、小孔的出入口孔径、孔壁重铸层去除等的影响,进行了冰层辅助与无冰层辅助电火花-电解复合穿孔对比试验。试验表明:冰层辅助加工可以在小孔穿透之后形成充分的反向冲液,有效地解决小孔穿透之后的漏液问题。在增加底部停顿时间的基础上,即小孔穿透后管电极到达预设深度继续停留一段时间,延长管电极对孔壁的电解作用时间,可以显著提高重铸层的去除效果,有望实现小孔整个孔壁重铸层的完全去除。     

基于微型铣床的非硅材料中间尺度微细切削加工技术研究

在综合考虑各项因素的基础上,研制了一台能够满足三维形貌加工要求的微型铣床,并进行了平面、微槽、微型齿轮、半凹球以及四面体微透镜阵列等各种典型微小特征的铣削工艺试验,体现了该铣床的加工精度和加工能力,证实了微型铣床加工技术的可行性。     

群孔管电极电解加工均流设计及其试验研究

 为提高群孔电解加工的稳定性和成形精度,对群孔管电极电解加工(ECD)的分流腔流场进行了建模分析。通过对分流腔进行数值求解,研究了分流腔电解液的分布规律,并分析得到了影响电解液分流均匀度的主?问?分流腔直径),进而对其进行了优化设计。基于该优化设计并结合试验得到了适合正流群孔电解加工的分流均匀度系数和相应的尺寸系数。采用优化的分流腔参数和加工参数进行试验,得到了尺寸精度较好的长排孔结构,孔间距5 mm,孔径为(1.03±0.03)mm,其加工过程稳定,无短路现象。通过优化分流腔结构可以提高其分流均匀度,从而使电解孔加工的稳定性显著增加,加工精度提高。     

Experimental Investigation on Complex Structures Machining by Electrochemical Micromachining Technology

Electrochemical micromachining (EMM) technology for fabricating micro structures is presented in this article. By applying ultra short pulses, dissolution of a workpiece can be restricted to the region very close to the electrode. First, an EMM system for meeting the requirements of the EMM process is established. Second, sets of experiments is carried out to investigate the influence of some of the predominant electrochemical process parameters such as electrical parameters, feed rate, electrode geometry features and electrolyte composition on machining quality, especially the influences of pulse on time on shape precision and working end shape of electrode on machined surface quality. Finally, after the preliminary experiments, a complex microstructure with good shape precision and surface quality is successfully obtained.     

航空发动机机匣摆线粗加工轨迹规划方法

针对机匣零件粗加工过程中凸台多、加工余量大、材料难切削、刀具磨损快、加工周期长等特点,提出了一种机匣摆线粗加工刀具轨迹规划方法,该方法能有效控制切削过程中刀具负载的变化,改善刀具切削过程中的加热-冷却循环,减缓刀具的磨损,提高机匣粗加工效率。首先,通过对两种摆线模型的分析,建立了摆线铣数学模型,并分析了摆线铣的优缺点;其次,结合机匣零件特点,将模型在精度范围内离散为点模型,利用圆锥将模型展开并建立展开模型与原始模型间的映射关系。通过对可加工区域的划分和平面逼近,生成了适用于机匣零件的摆线粗加工刀具轨迹。最后,分别通过摆线铣刀具磨损实验、平面型腔摆线铣实验和机匣摆线铣实验,验证了摆线铣在降低刀具磨损、延长刀具寿命方面的有效性,以及本文轨迹生成算法在航空发动机机匣实际加工中的正确性和高效性。研究成果能有效缩短加工周期、降低加工成本,提升机匣零件的粗加工效率。