激光冲击强化改善金属疲劳特性的研究

本文研究了利用国产高功率兆瓦级钕玻璃激光器对航空材料7475—T761铝合金及30CrMnSiNi2A高强度合金钢进行激光冲击强化处理所产生的宏观及微观特性。     

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。     

具有半导体特性的往复走丝电火花线切割研究

针对超高厚度切割、细丝切割、金属基陶瓷复合材料切割等一系列具有半导体特性的电火花线切割,提出一种具有半导体特性的电火花加工理论体系。其实质是：由于工件、电极丝或者两者已具有不可忽略的电阻,从而具有了半导体特性,已不能将其作为传统电火花加工中的等势体对待。分析了半导体特性下的往复走丝电火花线切割的加工特征及采用传统电火花线切割加工伺服控制方法失效的原因,提出了使用辨识度更高、基于电流脉冲概率的检测来判断极间的加工状态;同时为了做到长久稳定切割,对于往复走丝时正反向走丝差异明显的工况,应采用正反向不同的伺服控制策略。     

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。     

激光烧结Al_2O_3-TiO_2陶瓷复合材料组织结构研究

利用冷等静压激光烧结复合技术制备了Al2O3-TiO2陶瓷块体。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对烧结块体的微观形貌和成分进行了分析。结果表明,利用上述方法制备的Al2O3-TiO2陶瓷没有明显的裂纹及微孔,块体的致密度高。陶瓷块体表面由互相交错的柱状晶组成,有利于防止沿晶断裂;而涂层的横截面呈典型的等轴晶结构,这种结构具有很高的韧性和强度,大大提高了陶瓷的性能。同时,探讨了激光与陶瓷材料相互作用及致密化过程,为以后的研究工作打下基础。     

难加工材料激光快速成形的研究现状与展望

激光快速成形技术突破了传统的材料变形成形和去除成形工艺方法的许多限制,基于增材制造的原理,迅速制造出形状复杂的三维实体模型,可直接对难加工材料进行成形。     

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.     

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。     

高速往复走丝电火花线切割技术发展趋势

具有中国自主知识产权的高速往复走丝电火花线切割机(High Speed Wire-cut Electrical Discharge Machine,HSWEDM)自20世纪70年代步入市场后,以其很高的性价比为广大的模具加工市场所接受,目前每年的年产销量已经达到5万台左右[1],已经成为机械加工领域不可替代的加工手段,并且其应用领域在不断拓展,技术水平也在不断提升[2].目前HSWEDM也正在逐步为世界各国所接收.为进一步适应市场的需求,HSWEDM必须进行自身的不断完善,下面就目前HSWEDM所具有的工艺特点及今后的发展方向进行阐述.     

P型太阳能级硅电火花线切割机理及工艺研究

根据半导体的特殊电性能建立了抽象的放电加工模型,该模型分别用二极管、可变电阻、稳压管、电阻等器件模型近似代表半导体与金属进电端的接触势垒、半导体的体电阻、极间放电的维持电压以及工作液电阻;根据所建立的模型分析发现,半导体电火花线切割具有单向导通性、击穿电压高等特点,并且加工过程中进电端会出现钝化现象.为此,研制了针对P型太阳能级硅切割的专用夹具,并对电阻率为2.1Ω·cm的P型太阳能级硅锭进行了电火花线切割,切割效率大于100 mm2/min.