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。     

闭式整体叶盘成组电极高效电弧成形加工技术

带叶冠的闭式整体叶盘可为液体火箭发动机涡轮泵、航空涡轮发动机等产品提供优异性能，但更高的加工难度也成为制约加工成本和生产能力的瓶颈。目前通常采用电火花加工、电化学加工工艺加工该类开敞性不足的闭式流道，主要问题在于加工效率较低，制造成本昂贵。为此，提出一种使用成组电极在大电流、长脉宽放电条件下进行多流道并行开粗加工的高效电弧加工方法。首先分析了高效电弧放电加工对成组电极设计的要求，提出一种具有内冲液结构的多头成组电极设计方法，然后借助流体仿真工具对电极内部冲液通道的分流结构进行了优化设计。通过试制一款闭式整体叶环，对该方法实际效果进行了验证，测算了加工过程的材料去除率、电极损耗率。结果显示，与此前提出的单头电极电弧加工相比，使用该成组电极后材料去除率提高了62.9%。得益于更高的材料去除率和更少的辅助操作，同款叶盘的开粗用时缩短为常规电火花加工工艺的8.7%。     

难加工金属材料放电诱导可控烧蚀高效加工技术

介绍了一种放电诱导烧蚀加工方法,即向加工区域可控地通入氧气,在电火花放电诱导作用下首先对加工材料进行活化,而后伴随着氧气的通入产生金属燃烧反应,利用金属燃烧释放的巨大化学能蚀除材料,从而大大提高材料去除率,并通过控制氧气及采用电火花修整以保障加工表面的质量.该加工方法与被加工材料的力学性能无关,仍然属于无宏观切削力方式,其克服了难加工材料机械加工困难及电火花加工效率受制于脉冲电源的难题,适合于“车、铣、钻、成形、打孔”等各种加工形式.该加工方法改变了难加工材料能进行加工的准则,实现了“能烧即能加工”.对淬火Cr12进行放电诱导烧蚀铣削加工,效率比传统电火花加工高10倍以上且表面质量相当;进行放电诱导雾化烧蚀深盲型孔加工,蚀除效率为电火花的5.45倍,最大加工深度达到132mm且还能继续加工.     

放电介质对液中喷气电火花加工的影响

本文通过液中、气中、液中喷气电火花加工的对比实验,分析了不同放电介质对临界放电间隙、电极表面和工件表面的影响,并采用FLUENT软件计算了液中喷气电火花加工放电区域的气体体积分数.结果表明,液中喷气电火花加工放电瞬间加工区域是处于气体包围中的,也解释了液中喷气电火花加工与气中电火花加工相似以及出现工件碎屑熔融物反粘到电极表面的原因.     

钛合金TC4电火花诱导可控烧蚀高效磨削技术研究

利用大部分金属尤其是难加工金属的可燃特性,开发一种针对难加工金属材料的新加工工艺——电火花(EDM)诱导可控烧蚀高效磨削技术。采用开槽导电砂轮进行磨削加工,首先利用导电区域与加工材料产生电火花诱导放电并通入助燃氧气,使材料表面产生电火花引燃烧蚀并软化,然后将已烧蚀和软化的材料磨除,对钛合金TC4进行烧蚀磨削试验,并与常规电火花磨削和机械磨削进行对比,分析了材料去除率(RMM)、表面质量和机床主轴电机功率变化等指标。结果表明,在试验条件下,烧蚀磨削在放电利用率提高的同时可获得表面粗糙度为0.59 μm的加工表面,与机械磨削的表面粗糙度值相近,而相同条件下电火花磨削的表面粗糙度为1.29 μm。由于烧蚀后产生了软化层,在切深小于软化层厚度的条件下,相对于电火花磨削和机械磨削状况,烧蚀磨削主轴电机功率相比空载时的增加值分别降低了95.2%和96.8%。此工艺方法可大大提高难加工材料的可磨削性能。     

气体压力对钛合金电火花诱导烧蚀加工的影响

氧气在电火花(EDM)诱导烧蚀加工过程中起到参与氧化放热、蚀除金属和冷却的作用。以气体压力为研究对象,通过理论推导,证明增加气体压力可提高气体流速、减小气体分子平均自由程、提高氧化扩散速度和气体蚀除力以及加速能量散失。通过测得不同气体压力下的击穿电压、击穿延时和工作电压,试验证实了气体压力对击穿电压和击穿延时有较大影响;通过建立EDM诱导烧蚀加工放电等效模型,表明工作电压变化是由电极和工件表面氧化引起的。研究了气体压力对EDM诱导烧蚀加工材料蚀除率(MRR)、相对电极损耗(REWR)和表面粗糙度的影响。结果表明:随着气体压力增大,材料蚀除率先增加后降低,电极相对损耗缓慢减小,表面粗糙度显著降低。     

钛合金放电诱导可控燃爆烧蚀高效车削

钛合金在放电诱导和助燃氧气的共同作用下能通过自身燃烧反应被蚀除,随着助燃氧气压力增大,钛合金蚀除速度增大,但是当气体压力增大到一定程度时会发生爆炸,影响材料成形精度。针对钛合金放电诱导烧蚀高效车削加工提出了基于可控燃爆机理的新加工理念,即通过定量高压复合低压进气系统以实现钛合金在加工过程中处于可控燃爆状态,以增加钛合金蚀除速度。并与只通入低压氧气的加工方式进行对比试验。结果表明:基于可控燃爆机理的车削加工,在保证加工精度的前提下,通过间歇定量高压助燃氧气实现钛合金燃爆的可控高效加工,其蚀除速度远远高于只通入低压氧气的放电诱导烧蚀车削。     

钼钛锆高温合金的电火花加工工艺研究

针对钼钛锆这一耐高温材料在航天动力系统中的特殊加工需求,开展了电火花加工钼钛锆合金的工艺特性研究.采用DOE的方法,设计了25-1析因试验对放电参数进行筛选,得到对加工效果有显著影响的3个参数;在此基础上设计了响应曲面试验,探讨了包括脉宽、占空比和峰值电流等放电参数对材料去除率和电极相对损耗率的影响,并且拟合得到了材料去除率和相对电极损耗率的推荐公式和响应曲面图.通过分析试验结果表明:(1)材料去除率受峰值电流变化的影响最明显,并且脉宽与占空比呈现一定的交互关系;(2)电极相对损耗率受峰值电流变化影响不明显,受脉宽和占空比变化影响大,而且两者呈现一定的交互关系.     

高效放电加工技术研究现状

电火花加工技术经过多年的发展,已经成为一门成熟且不可或缺的加工方法,新工艺、新方法和新装备层出不穷,如何提高加工效率一直是人们所关注的焦点。电火花加工过程中,为防止对工件产生损伤,要避免电弧放电,通过各种工艺手段提高加工效率的效果不明显。通过有效控制电弧通断,利用电弧弧柱极高的能量去除材料,可以极大地提高放电加工效率,是近年来研究高效放电加工的一个新方向。另外,放电烧蚀加工利用电火花放电作为诱导能量,控制金属基体与通入的氧气燃烧产生化学能用于蚀除工件,该能量远远大于脉冲电源的能量,是高效放电加工的另外一个新方向。放电烧蚀加工辅以其他方法形成复合加工,对已烧蚀表面进行优化处理,可以实现高加工效率的同时获得良好的表面质量。综述了电火花加工、电弧加工和放电烧蚀加工技术在高效加工方面的研究现状。     

气体介质中深小孔电火花加工技术研究

 深小孔加工一直是机械制造领域的难题之一。在分析和研究气体介质中电火花加工技术的基础上，就其在深小孔加工中的应用进行了深入的理论与实验研究。分别用管状圆柱电极和削边电极在通用电火花成形加工机床上成功地加工出直径为2 mm、深径比大于20、锥度小于0.5%的深小孔。研究表明，相对于传统的液中电火花加工，气体介质中电火花加工深小孔具有电极损耗率低、加工过程稳定等特点。而且由于无需庞大的工作液系统，该方法适合于大型零部件上深小孔加工。