超声辅助等离子体中微细电火花加工技术研究

冷等离子体射流中微细电火花加工在一定程度上获得了比纯气体介质中更好的加工性能。然而由于放电脉冲能量小,造成放电间隙小,使得电蚀产物排出困难,短路、拉弧等不正常放电现象仍然频繁发生,严重影响了加工的质量和稳定性。为此,提出在工件上施加超声振动的方法以改善冷等离子体射流中微细电火花加工过程的稳定性,并探究其加工特性。针对电火花加工的击穿距离、材料去除率、表面粗糙度以及工具电极相对损耗率等工艺指标,进行了工艺试验。试验结果表明:工件施加超声振动以后,熔融的电蚀产物更容易从工件表面剥离;当以冷等离子体和压缩空气混合射流为加工介质时,超声辅助等离子体中微细电火花加工性能得以明显改善,材料去除率提高13%,表面粗糙度降低19%,电极相对损耗率降低13%。     

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。     

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.     

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%。     

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。     

Inconel718多通道放电烧蚀铣削加工技术研究

为了提高高温合金Inconel718电火花放电烧蚀加工效率,改善工件表面质量,使用多通道放电烧蚀加工新方法对Inconel718进行多通道放电烧蚀铣削加工试验。研究表明:在多通道放电烧蚀加工过程中,放电通道的个数是随机的;在一个脉冲放电周期中,随着通道数目的增加,电压波形呈阶梯下降,总回路电流波形呈阶梯上升。对比常规电火花烧蚀加工,多通道放电烧蚀加工的总回路电流提高,使得材料蚀除率提高73.7%;同时,多通道放电分散放电能量,使得多通道放电烧蚀加工后工件表面粗糙度较常规电火花烧蚀加工下降14.6%,工件表面微裂纹变少,裂纹的宽度和长度变小。     

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.