功能电极烧蚀加工典型难加工材料实验研究

为研究功能电极电火花诱导烧蚀加工对难加工材料的适用性和影响因素,选取镍基高温合金GH4169、淬火模具钢Cr12、钛合金TC4、钛铝合金TAC-2四种典型难加工材料进行常规电火花加工(Electric discharge machining,EDM)和功能电极烧蚀加工对比实验。结果表明:烧蚀加工对难加工材料有广泛的适用性,其加工效率分别为相同条件下常规电火花加工的37.3倍、13.5倍、58.7倍和13.7倍。研究发现:随着金属活泼性的提高,燃烧消耗和燃烧热的熔化作用增强,烧蚀作用增大;烧蚀加工表面的氧化层特性对烧蚀加工效率的提高有决定性作用;内喷液加工反镀现象的减小、烧蚀加工效率的提高量、氧化层的特性等因素决定着电极的相对损耗。     

柔性电极电火花强化钛合金表面性能

采用旋转的柔性铜电极与钛合金表面在高频脉冲电源的作用下进行电火花表面强化,使空气中的氧等元素在放电形成的高温高压条件下与钛合金表面发生反应。结果表明:该试验条件下可以使钛合金表面硬度相对基体提高237%～399%;强化层厚度达到21～157μm;通过能谱分析(Energy dispersive spectrometer,EDS)及X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析表明,在钛合金表面生成了钛的氧化物等强化物质和钛与铜、锌等的合金;强化表面不存在明显的传统放电蚀除凹坑,但有明显机械刮磨涂覆痕迹,同时单脉冲放电能量被分散,使得表面粗糙度值的提高量较小且可控;在氢氟酸和硝酸混合溶液中,强化层具有较高的抗腐蚀能力,经过点面磨损测试表明,强化层表面耐磨性能相对于基体表面有显著提高。经强化,能够获得具有良好耐磨性、抗腐蚀性、表面良好的钛合金。     

精密微小孔电火花加工实验装置设计及试验

科学技术的发展,日益要求在各种零件材料上加工出精密微小孔。在新开发研究出的各种加工微孔的技术中,电火花打孔是目前研究探索的主要途径,并最具应用前景。本文在分析了微小孔电火花加工的必要条件后,简要介绍了自行设计研制的微型电火花打孔实验装置,和所采用的一种制造工具电极的新工艺——走丝反拷法。经过加工试验,在本装置上已能反拷出φ0.04mm的工具电极和加工出φ0.05mm深径比为8的微孔。根据试验结果,分析了放电参数、机床精度和进给控制系统的灵敏度对加工孔径、加工速度和加工质量的影响。并指出了需进一步改进和探索的问题。     

空气中微细电火花沉积铜合金工艺方法

提出了一种在空气中将工具电极丝黄铜材料沉积到工件上的新工艺方法。实现该方法的基本条件为:(1)工具电极接脉冲电源正极;(2)在空气中放电;(3)窄脉宽配合宽脉间。通过大量实验对微细电火花沉积加工的工艺规律进行了系统深入的研究,得出各主要工艺参数对沉积工艺效果的影响规律。最终以黄铜电极丝为工具电极,在高速钢工件表面上沉积出直径为0.19 mm、高度为7.35 mm的微小圆柱体。利用SEM、能谱分析和X射线衍射及显微硬度测试等方法对沉积物进行分析,得出该沉积物的组织结构、化学成分和硬度等方面的基本性质,为进一步研究三维沉积加工奠定了基础。     

带冠整体涡轮盘电火花加工CAD/CAM技术

叙述了作者研发的带冠整体涡轮盘电火花加工专用CAD/CAM系统--BliskCad/Cam.该系统解决了电极设计与制造、加工轨迹搜索、加工仿真与精度检测等技术难题.对某航空发动机的带冠整体涡轮盘进行的实验结果表明,BliskCad/Cam完全能够满足加工精度要求,并缩短加工准备时间50%以上.     

复合电加工修整金刚石砂轮的机理研究

金属结合剂金刚石砂轮广泛应用于硬脆材料的精密和超精密削加工,虽然金属结合剂金刚石砂轮具有优良的磨削性能,但是砂轮的修整问题却始终难以解决。本文提出了一种新的修整方法,即放电－电解修整法,对复合整机理进行了研究,并介绍了修整参数地放电电流及电解电流的影响,工艺实验的结果表明,电解电火花复合修整法能够实现金属结合剂金刚石砂轮高精度高效率的修整,具有良好的应用前景。     

磨料水射流去除等离子喷涂法热障涂层的试验研究

热障涂层技术在航空发动机中具有延长热端部件使用寿命、提高功率和减少燃油消耗的优点。对热障涂层金属构件进行电火花小孔加工时,需要先去除金属基体表面的热障涂层。针对等离子喷涂法（Air plasma spray, APS）制备的热障涂层进行了磨料水射流去除加工试验。采用直径为300 μm的低压磨料水射流,在室温下开展APS涂层的盲孔加工试验,以期为后续的电火花穿孔加工提供可能性。结果表明,冲蚀孔径和孔深随磨料浓度、射流压力、冲孔时间和靶距的增加而增大,涂层去除速率随磨粒硬度和粒径的增加而提高,APS涂层的冲蚀效率明显高于EB-PVD涂层。     

EXCIMER LASER ABLATING OF LIQUID CRYSTAL POLYMER

利用波长为２４８ｎｍ的ＫｒＦ准分子激光对液晶聚合物材料进行了融蚀实验。系统研究了单位脉冲融蚀率及材料单位体积融蚀能量与入射激光能量密度之间的关系。结果表明,在恒定的激光能量密度下,融蚀深度与激光的脉冲数成正比。融蚀率是能量密度对数值的线形函数。单位体积融蚀能量与激光脉冲能量密度成正比。此外,由于热效应和加工所产生等离子体对激光能量吸收等因素的影响,融蚀率还与激光脉冲重复频率有关。     

过程稳定性对纳秒脉冲电解加工精度的影响

采用纳秒脉冲电流进行微细电解加工时,极间加工间隙很小,因此加工过程的稳定性是影响加工精度的重要因素。根据加工精度和稳定性的关系,建立了试验系统,设计了电解液轴向正流供液的电极喷嘴,利用电流传感器检测加工过程状态,采用短路对刀法确定电极初始间隙,进行了加工参数对稳定性和加工精度的影响试验。试验结果表明:电解液的平缓流动更新比保持电解液静止的加工状态更加稳定。当脉冲宽度小于25 ns时,加工过程的稳定性会显著下降。脉冲宽度为40 ns,电压幅值为4 V,占空比为1∶10时,可以实现稳定的加工状态,并得到较高的加工精度。     

水中钛合金电火花加工的辅助电流抑制杂散腐蚀研究

提出了水中钛合金电火花加工辅助电流抑制杂散腐蚀的加工方法,利用辅助电源施加阴极电流的方式使金属界面呈负电性并达到足够负的电极电位以抑制杂散腐蚀的发生。研究了杂散腐蚀的产生机理和辅助电流对杂散腐蚀的抑制机理,对添加辅助电流前后钛合金表面进行了电场仿真分析、实验验证、表面形貌及组份分析。结果表明:采用辅助电流的方式能有效地消除水中钛合金电火花加工中存在的杂散腐蚀。     

小直径平底铣刀铣削淬硬钢实验研究

淬硬钢以其优良的特性在模具行业中得到广泛的应用。但是在淬硬钢铣削过程中,其本身固有的极差的切削性能使得刀具磨损、破损非常严重,特别在小直径铣刀加工淬硬钢时影响更为突出。文中通过采用直径为2mm的TiAlN涂层硬质合金铣刀对S136淬硬模具钢进行中高速干式切削实验,分析了小直径涂层铣刀切削淬硬钢时切削速度、进给速度和切削深度对切削力的影响规律;提出在提高单位时间材料去除率并且要求切削力尽可能低的情况下,采取提高切削速度的策略要优于增加每齿进给量的策略;通过SEM观察刀具失效形态分别为刀尖破损、侧刃微崩、涂层烧伤与脱落和疲劳裂纹。为小直径铣刀的应用提供理论依据。     

低温磨料气射流加工PDMS实验研究

通过自研的低温磨料气射流加工装置进行低温磨料气射流加工聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)实验研究,分析了加工时间、加工距离、冲蚀角度和磨料粒径对冲蚀率、孔深和孔横截面形貌的影响。结果表明:随着加工时间的增加,冲蚀率先增大后减小,在第1阶段加工过程中,孔深与加工时间大致呈线性关系,增加加工时间还可使孔底部变平整;存在一个最佳加工距离使孔深最大,当加工距离大于最大加工距离时,孔深将随着加工距离的增加而急剧下降,孔的锥度随着加工距离的增大而增大;当冲蚀角度处于30°～60°之间时,冲蚀率最大,随着冲蚀角度的增加,孔的形状逐步由椭圆形变成圆形;存在一个最佳磨料粒径,使冲蚀率和孔深达到最大;当冲蚀角度小于90°时,低温磨料气射流加工PDMS材料去除机理为塑性去除和脆性去除的结合。     

NURBS插补技术在高速加工中的应用研究

在数控加工中，同传统的线性插补相比，采用NURBS插补刀轨加工，具有高速、高精度和高表面质量的独特优点，是伴随着高速加工技术发展起来的支撑高速加工单元技术--CNC控制机和CAM软件包的核心基础技术。本文从讨论研究NURBS插补刀轨的生成方法、CNC中NURBS插补器的关键技术等着手，阐述了NURBS插补的特点和技术要点，指出了五坐标NURBS插补技术和基于连续动态控制进给速度的智能NURBS插补技术是今后研究的方向。     

高温含水气流条件下燃烧室材料考核的电弧加热试验模拟方法

在燃烧室的内流热环境下,燃烧室壁面的部分防热材料(如 C/SiC 或超高温陶瓷)与碳氢燃料燃烧产物水蒸气发生的氧化反应速率比与空气中的氧气还要快。水蒸气的存在加剧了防热材料的氧化。另外,水蒸气还能与材料表面玻璃状的 SiO2保护层发生挥发性的化学反应,破坏了 SiO2保护层。这些因素对燃烧室防热材料的防热效果有明显的影响。本文采用等离子电弧加热矩形湍流导管试验方法模拟超燃冲压发动机燃烧室的内流热环境,并在试验喷管前的混合稳压室内横向喷射4%~5%的常温水与高温气体混合,模拟燃烧室内水蒸气的组份、浓度和温度,采用数值计算的方法分析混合稳压室内水与高温气体的掺混程度,研究含水的高温气体的总温(总焓)计算方法。     

单晶硅高速走丝电火花线切割试验研究

研究了基于复合工作液的高速走丝电火花线切割(W EDM-HS)对单晶硅切割的形貌特征及工艺规律。试验表明W EDM-HS对低电阻率单晶硅切割具有效率高、切缝窄、厚度薄且无明显表面微裂纹等特性,在硅表面放电凹坑内由于高温电解作用会形成密集、壁面光滑且高深径比的微孔洞结构。该工艺将在宏观方面为单晶硅大尺寸超薄高效切割,在微观方面为在单晶硅上加工出具有高深径比微孔洞结构提供研究思路。     

用于电火花加工的两级式电流型变换器研究

脉冲电源是电火花加工系统中重要的组成部分之一，其性能直接影响电加工的工艺指标。与一般电源比较而言，它是按一定规律周期性地向负载提供所需的电功率，工作过程中存在着很强的扰动性。本文分析了无阻电流型电火花脉冲电源变换器的工作原理，提出了一种新型两级式结构的无阻电流型电火花脉冲电源变换器的电路拓扑和控制方案，给出了脉冲发生电路和输出过压保护电路的设计方法。制作了输出电流为20A的原理样机，通过实验波形分析，验证了电路拓扑和控制方法的正确性，为该类电源变换器的进一步研究打下了良好的基础。     

高速铣削系统稳定性动态优化新方法

考虑铣削过程中的自激振动和强迫振动,基于延迟微分方程的稳定性判定准则和强迫振动共振区的半带宽理论,提出一种铣削系统稳定性动态优化新方法.该方法通过选择切削参数和修改系统结构参数,在保证加工表面精度的前提下,获得大的稳定性材料去除率.其目标函数是材料去除率,约束条件是铣削过程稳定且非共振,动态优化变量是铣削系统的切削参数和结构参数.优化程序被阐明,实例分析结果显示,系统在稳定非共振条件下,加工时的材料去除率相比于优化前提高了18.86%.另外,为获得最大的稳定材料去除率和较好的表面精度,在铣削系统优化过程中,应同时考虑颤振稳定性和共振的影响.     

固结磨料研磨蓝宝石单晶的材料去除特性分析

研磨加工的材料去除速率受到磨料、研磨液、工件材料等诸多因素的影响。本文采用分量处理法把影响材料去除速率的因素逐项分解,开展固结磨料研磨蓝宝石的实验研究,分析机械、化学及其耦合作用对材料去除速率的影响。结果表明:研磨液作用下的机械化学耦合能够有效提高材料去除速率,耦合作用对材料去除速率的贡献率可达34.18%。固结垫基体在接触摩擦力的作用下,可以实现材料的去除,但其对材料去除速率的贡献率约为5%。