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.     

基于电极切向旋转进给法的 低刚度锥杆类零件精密电火花加工

提出了基于圆盘电极切向旋转进给法的低刚度锥杆类零件的电火花精密加 工方法。首先介绍了基于等厚损耗原则的圆盘电极设计原理,进而通过电火花加工工艺 的三因素全因子实验考察了峰值电流、脉宽、占空比对工件材料去除率（MRR）、相对 电极损耗率（TWR） 和表面粗糙度（SR） 的影响, 并对电火花加工工艺参数进行优化 从而应用于锥杆类零件的加工。加工出的反馈杆性能一致性高、表面质量好,加工时间 短,试验结果表明基于圆盘电极切向旋转进给法的电火花加工工艺对提高低刚度锥杆的 加工工艺的可靠性和加工效率、提高电极利用率方面有较大优势。     

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%。     

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。     

极间介质模式对放电诱导烧蚀铣削影响

为探究一种更有利于提高放电诱导烧蚀铣削工艺指标的极间介质模式,设计了内喷雾、液中喷雾、液中喷气这3种极间介质模式的对比试验,对材料去除率、相对电极损耗率、表面粗糙度等指标进行了对比。试验发现,液中喷气模式的材料去除率最高,达到131.86 mm³/min,相比于内喷雾、液中喷雾分别提高了7.10%、27.42%;相对电极损耗率最低,为1.81%,相比于内喷雾、液中喷雾降低了72.11%、74.64%;其氧气利用率同样是三者中最高的,达0.81%,相比于内喷雾、液中喷雾提高了44.64%、65.31%。分析表明,液中喷气放电诱导烧蚀铣削加工是在气液分层介质中击穿放电,其排屑状态优于内喷雾和液中喷雾,因此短路拉弧现象减少,电极损耗因而大幅降低,同时该模式具有聚集氧气的优势,有利于提高放电诱导烧蚀铣削加工的工艺指标。     

临界反应距离法微细电化学高效加工大长径比微电极

提出了一种基于临界反应距离控制的微细电化学（μ-ECM）在线高效制备大长径比微电极方法,旨在解决大长径比微电极制备难题。采用强碱性电解液及微秒级电源,实现了钨电极的微米级精度可控去除。分析了微细电化学加工材料去除微观过程,仿真分析了两极距离变化条件下间隙电流密度变化,确定了基于临界反应距离精确控制材料去除的参数选择范围。建立了电极材料蚀除过程数学模型,得到了材料蚀除量的变化规律。进行了系统的工艺实验,研究了电压、脉宽、电解液浓度对微细电极材料去除率的影响规律。采用优化的工艺参数,得到了直径10μm、长径比大于200的微细电极,材料去除率最高可达2.7×10^-2 mm³/min,加工效率较目前主流方法提高一个数量级。     

不同刀具车削加工高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂切削力研究

为探索高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂复合材料的切削加工性能,对该类材料进行大直径薄壁回转类零件的车削加工。采用四种不同刀具进行实验研究,获得了不同切削参数及不同刀具材料对切削力的影响规律。试验结果表明:切削用量三要素中,切削深度对切削力的影响最大,其次是进给量,而切削速度的影响很小。当切削速度为119.32 mm/min、进给量为0.1 mm/r、背吃刀量为0.5 mm时,为最优切削参数。Ti-Al-Si-N纳米涂层硬质合金和超硬材料F2HX无涂层硬质合金刀具适合于低速加工,而PCD刀具则适合于高速加工。     

电火花线切割加工中放电间隙电压变化特性

电火花线切割加工时工具(电极丝)和工件之间的放电电压是对放电加工过程进行实时检测的重要参数.本文在理论分析的基础上,采用正交试验设计,应用极差分析法和方差分析法定量研究了高速走丝电火花线切割加工中放电间隙电压量的变化特性与加工中峰值电流、工件厚度及切割方向之间的关系.研究的结果为准确检测高速走丝电火花线切割加工状态提供了依据.     

航空精密工件电火花加工微型方窗口研究

在电火花加工中,零件参数的选择对加工工艺指标起着重要作用,只有正确选择电参数才能加工出品质优良的产品。影响电参数选择的因素主要有:电极材料、工件材料、放电面积、表面粗糙度、放电间隙、电极损耗和加工速度等。主要针对微型方窗口的加工确定电极材料、放电间隙、加工速度等电参数,并对上述分析方法进行延伸扩展。     

电弧喷涂参数优化及涂层磨损性能试验研究

采用正交设计方法和通过极差分析研究了电弧喷涂工艺参数对CFB锅炉水冷壁涂层耐磨性的影响。结果表明,影响涂层性能的工艺参数主要是电弧电流,其次是喷涂距离,而电弧电压和雾化空气压力的影响很小。通过涂层冲蚀磨损性能试验,进一步验证了用此最佳喷涂工艺参数组合可以获得良好耐磨性能的涂层。     

颗粒增强金属基纳米复合材料脉冲电沉积制备研究

采用脉冲电沉积,在普通碳钢表面制备了Ni-W-P／CeO2-SiO2颗粒增强金属基纳米复合材料,研究了脉冲峰值电流密度和脉冲占空比对电沉积过程的影响,采用纳米颗粒的质量百分含量、沉积速率、显微硬度和表面形貌进行表征。结果表明：增加脉冲峰值电流密度或脉冲占空比,Ni—W—P基质金属晶粒细化,CeO2和SiO2纳米颗粒的质量百分含量提高。当脉冲频率为1000Hz,脉冲峰值电流密度和脉冲占空比分别为40A／dm^2和50％时,沉积速率最快（56．24μm／h）,显微硬度最高（712Hv）。此时,Ni—W—P基质金属轮廓清晰,晶粒细小而均匀,CeO2和SiO2纳米颗粒以弥散态均匀分散在基质金属中。     

电参数对 7075铝合金微弧氧化膜硬度的影响

通过使用直流双脉冲电源对 7075铝合金进行微弧氧化试验,研究了正向电压、占空比和脉冲频率等电参数对铝合金微弧氧化膜层硬度的影响。通过正交试验,研究了单一水平因素下的膜层硬度平均值的变化规律,发现了通过电参数提升膜层硬度的方法;通过相对极差分析,发现正向电压对膜层影响程度最大,脉冲频率对膜层影响程度最小。提出了针对 7075铝合金微弧氧化膜硬度提升的电参数优化方案:提升氧化膜硬度,应优先考虑增大正向电压;保证氧化膜硬度的同时兼顾其他表面性能,应优先调整对膜层硬度影响最小的脉冲频率。     

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。     

Electrode design using revolving entity extraction for high-efficiency electric discharge machining of integral shrouded blisk

The integral shrouded blisk provides better performance with minimum weight, but its semi-open structure presents problems for its production. Manufacturing processes of these components require a removal of about 70%-90% of material from their blanks. Multi-axis electrical discharge machining (EDM) is commonly used for these processes, but its poor efficiency cannot meet the requirements of mass production. Strong flushing assisted high-current discharge is able to improve the machining efficiency. In this paper, this method was applied to manufacture the integral shrouded blisk. An electrode design method was proposed. Taking the largest revolving entity inside the flow channel as the base geometry, this laminated arc-shaped hollow electrode meets the requirements such as high pressure flushing, tool wear compensation, and easy to be made. A 4-axis linkage machining tool path with planetary motion was proposed. Taking an integral guide vane ring as an example, it has been experimentally verified that the time consumption for each channel using this method was reduced to a half of the ordinary EDM method, while the finished surface quality remains same.     

高精度电火花成形加工设备的研制

从电火花成形机床、高精度自动电极交换装置、脉冲电源系统、数控系统等几方面论述了提高电火花成形加工精度的关键因素,并通过引进、消化吸收、再创新的方式成功研究了高精度多轴数控电火花成形加工设备,并用典型加工实验验证了该设备达到的技术水平和丰富的功能,为高精度复杂模具和零件的电火花加工提供良好的加工设备。     

Characteristics of High Speed Electro-thermal Jet Activated by Pulsed DC Discharge

Experimental study of synthetic jet produced by pulsed direct current(DC) discharge is presented.High velocity jet is activated electro-thermally by high frequency pulsed DC discharge in small cavity.A cavity of 2.38 mm diameter cylinder bounded by circular electrode is made in a ceramic plate and a small orifice of 1.78 mm diameter is drilled in the middle of cavity.High frequency pulsed DC discharge instantaneously heats air in the cavity and produces high velocity jet at the exit of the orifice.Schlieren imaging at high framing rate of 100 kHz reveals the presence of supersonic precursor shock followed by the jet emerging from the orifice.The jet velocity reaches as high as about 300 m/s.Jet with smaller cavity volume produces lesser effect and jet velocity reaches maximum at certain cavity volume with given discharge current and orifice size.As duty time of pulse increases from 5 to 20 μs at fixed frequency of 5 kHz,the jet velocity also increases and becomes nearly constant with further increase in duty time.At fixed duty time of 20 μs,higher frequency pulsing of 10 kHz produces degradation of the jet as the discharge pulse continues.The jet developed in this study is demonstrated to be strong enough to penetrate deep into supersonic boundary layer and to produce a bow shock when the jet is issued into Mach 3 supersonic flow.     

金属基圆弧成形砂轮的电火花修整

根据电火花修整的需要,研制了电火花修整脉冲电源。根据圆弧成形砂轮的修整需要,研制了摆动电极式电火花修整装置。通过电火花修整试验研究了修整过程中的极性效应以及不同电参数对修整效率和整形精度的影响。     

Experimental research on electrochemical machining of titanium alloy Ti60 for a blisk

Ti60(Ti–5.6Al–4.8Sn–2Zr–1Mo–0.35Si–0.7Nd) is a high-temperature titanium alloy that is now used for important components of aircraft engines. Electrochemical machining(ECM) is a promising technique that has several advantages, such as a high machining rate, and can be used on a wide range of difficult-to-process materials. In this paper, orthogonal experiments are conducted to investigate ECM of Ti60, with the aim of determining the influences of some electrochemical process parameters on the surface roughness. The most important parameter is found to be the frequency of the pulsed power supply. It is found that using suitably optimized parameters for ECM can greatly decrease the surface roughness of a workpiece. A surface roughness of approximately 0.912 lm can be obtained with the following optimal parameters: Na Cl electrolyte concentration 13wt%, voltage20 V, pulse frequency 0.4 k Hz, duty cycle 0.3, temperature 23 °C, and anode feed rate 0.5 mm/min.Furthermore, blisk blades have been successfully processed using these optimized parameters.     

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。