基于电化学溶解的电火花高速穿孔后处理工艺研究

为解决电火花加工因放电高温和出口间隙缺液而导致的小孔孔壁表面质量差、孔形精度低的问题,提出基于电化学溶解的电火花高速穿孔后处理工艺方法。通过流场仿真对比了螺纹管电极与圆柱管电极二者加工间隙内流速以及流速的矢量分布,并通过对照实验对仿真结果进行了验证,最后针对电解后处理的加工参数进行了优化。结果表明:相较于圆柱管电极,螺纹管电极能将侧面加工间隙内的轴向流速数值从27.17 m/s提高至52.29 m/s,这更有利于微小加工间隙内加工产物有效排出;小孔经过电化学二次处理后,其锥度降低了近38%,圆度误差约降低了32%,并且高温火花放电导致的孔壁表面缺陷大幅减少;最终获得的小孔精度最高时的电解后处理加工参数组合为电压幅值30 V、电解液质量浓度6 g/L、电解扩孔时间25 s。     

基于多功能加工平台的微细电解加工工艺

利用多功能微细加工平台的微细电火花加工技术为微细电解加工在线制作微细电极,在低浓度钝化电解液、低加工电压和高频窄脉冲电流加工条件下,利用高速旋转工具电极和微电流密度下电解钝化作用,实现了微米级的微细电解加工.通过工艺实验,研究电压、电解液浓度和进给速度等参数对加工间隙的影响,优化工艺参数.在优化加工条件下,在厚为100μm的不锈钢薄片上微细电解钻削出65μm的微小孔.针对成型电极在微细加工中暴露出的缺点,提出了利用旋转微细电极像微铣刀一样进行微细电解铣削新工艺,加工出高精度型孔和悬臂梁等微结构.     

双螺旋电极在深微孔电火花加工中的研究

为了提高电火花加工微小孔的效率和微孔深径比,制备双螺旋形貌结构的微细电极。在相同工艺参数条件下,通过实验与旋转削边微细电极加工微小孔的相同指标进行对比。用Fluent软件分别建立削边电极和双螺旋电极下的间隙流体的流体力学模型,并对其进行流场仿真,分别从轴向速度场、流量以及压力场进行对比分析。研究结果表明:双螺旋电极比削边电极具有更快的加工速度和更大的微孔深径比,显著提高微细电火花的加工性能。双螺旋电极的特殊形貌结构在随主轴旋转的过程中,形成2个阿基米德螺旋,增强间隙流体的Z向对流运动,从而加速新鲜工作液的流入和含电蚀碎屑工作液的排出。     

微孔电火花加工极间工作液流动状态研究

电极旋转是提高微孔电火花加工效率的有效手段,而极间的工作液作为放电介质,其运动状态是影响微孔电火花加工放电状态和加工效率的关键因素之一.依据粘性流体运动学偏微分方程建立了旋转电极周围工作液的机理模型,应用FLUENT软件对此模型进行了流场计算与模拟,结果显示放电间隙内工作液为层流状态.结合得到的工作液流动规律,应用流场中微粒动平衡理论对电蚀产物颗粒的分布规律进行研究,发现电蚀产物颗粒在间隙内的分布只与颗粒直径有关.由此提出了通过调整放电参数来改变颗粒直径进而改善间隙放电状态的新方法,为合理选择放电参数提供了理论依据.     

气膜冷却孔电火花加工用复合功能主轴

为满足气膜冷却孔电火花加工对工具电极的旋转精度、进给补偿,以及加工产物快速排出的要求,设计了一种实现电极高精度旋转、蠕动进给、高压内冲液的功能复合型主轴。主轴设计基于双夹子蠕动式进给原理,采用旋转运动机构叠加于轴向进给运动机构上的构成方案。解决了旋转常闭夹子的夹紧力可控和开合驱动、高压工作液密封、高频脉冲电源供电及隔离等关键问题,避免了密封机构对电极运动的干涉问题。通过测试实验,复合功能主轴的电极底端旋转径跳小于8μm、蠕动进给行程为150mm、蠕动进给速度大于4mm/s、电极内冲液压力为0~4.2MPa、脉冲电源与旋转电极连接电阻小于1.3Ω。深小孔加工实验验证了复合功能主轴的可行性。     

工件超声振动对不同放电间隙电火花加工的影响

为了分析超声振动对不同放电间隙电火花加工的影响,利用Fluent软件对放电间隙为75μm、65μm、55μm和40μm的工件超声振动电火花间隙流场进行数值模拟。研究发现:在工件超声振动作用下,放电间隙的减少可以促进加工液的流动,增加放电间隙流场压力变化范围,同时缩短加工屑从加工间隙排出的时间。搭建试验平台,通过调整放电参数来改变放电间隙的大小,对放电间隙为75μm、65μm、55μm和40μm的工件超声振动电火花进行加工试验。结果表明:放电间隙在75μm到55μm之间时,工件的表面粗糙度随着放电间隙的减小而降低;当放电间隙减少到40μm时,工件表面粗糙度反而升高。结合仿真与试验可知:在一定放电间隙范围内,工件超声振动有助于提高加工精度,当放电间隙过小时,工件超声振动会使加工屑过快排出放电间隙,不利于电火花持续放电,从而造成加工质量的下降。     

工件超声振动对不同放电间隙电火花加工的影响研究

为了分析超声振动对不同放电间隙电火花加工的影响,利用Fluent软件对放电间隙为75μm、65μm、55μm和40μm的工件超声振动电火花间隙流场进行数值模拟。研究发现:在工件超声振动作用下,放电间隙的减少可以促进加工液的流动,增加放电间隙流场压力变化范围,同时缩短加工屑从加工间隙排出的时间。搭建试验平台,通过调整放电参数来改变放电间隙的大小,对放电间隙为75μm、65μm、55μm和40μm的工件超声振动电火花进行加工试验。结果表明:放电间隙在75μm到55μm之间时,工件的表面粗糙度随着放电间隙的减小而降低;当放电间隙减少到40μm时,工件表面粗糙度反而升高。结合仿真与试验可知:在一定放电间隙范围内,工件超声振动有助于提高加工精度,当放电间隙过小时,工件超声振动会使加工屑过快排出放电间隙,不利于电火花持续放电,从而造成加工质量的下降。     

多孔质电极的深孔电火花加工性能

通过制备符合电火花加工要求的多孔质电极并搭建实验系统,对多孔质电极在深孔条件下的电火花加工性能进行了实验研究.结果表明,在工件上表面加工较浅的型腔时,多孔质电极与实体电极的材料去除率相差不大;而在工件上表面加工深孔时,多孔质电极能够以不抬刀的方式进行加工,使其加工效率得到提高,且加工速度不受加工深度的影响;对于较大深度的半封闭复杂型面加工,采用多孔质电极不仅能够提高其粗加工效率,而且可以利用冲液以避免碳柱的产生.     

整体叶盘通道电解加工流场的均匀性

为合理利用流场因素以提高整体叶盘通道电解加工的稳定性和工件表面质量,设计了一种叶盘通道电解加工用的群孔管电极.阐述了出液孔在等距分布的情况下,孔径大小对流场均匀性的影响.建立了流场数学模型,并利用有限元法对流动方式进行流场数值模拟.分析表明,在电极管径、出液孔数相同且加工稳定进行的情况下,一定范围内较小的出液孔径有利于...     

浸液式高速往复走丝电火花线切割漏电损失

分析了放电能量损失与极间工作液漏电、工件表面漏电的关系.采用浸液和喷液2种冷却方式进行高速往复走丝电火花线切割加工实验,对理论分论结果进行了验证.结果表明：减小工件表面漏电面积和工作液电导率,可以有效减少能量损失,进而提高加工效率;在相同加工参数下,浸液式相对于喷液式切割速度有所降低,其主要原因是由浸没在工作液中的工件与电极丝间持续电解漏电形成的.
     

电极加工时间对电火花加工效率影响规律研究

研究电极加工时间对电火花加工效率的影响规律可以为控制电极加工时间来提高电火花加工效率提供重要理论依据.首先通过实验检测不同电极加工时间对应的有效放电频率,发现在带抬刀的电火花加工中,加工效率随电极加工时间的增加而先增加后降低.随后通过观察放电过程中加工间隙内气泡和加工屑的运动,发现底面间隙内加工屑浓度随电极加工时间的增长而增加.在此基础上,证明了加工效率随电极加工时间的变化规律具有确定性.     

脉冲态空化射流掩模电解加工试验研究

针对掩模电解加工金属表面微凹坑过程中存在的电解产物排出困难的技术问题,创新性地提出脉冲态空化射流掩模电解加工方法.为了研究该工艺的加工特性,设计了单个微凹坑和阵列微凹坑的加工工艺试验.研究了不同冲液类型、气液比例、气体脉冲频率对于微凹坑表面形貌的影响规律.试验结果表明,采用脉冲态空化射流式的冲液类型相比于传统的纯射流式更具优势,能加工出深径比更高的微凹坑结构;选择较高的气液比例和较低的气体脉冲频率有利于提高微凹坑的深径比;同时推论出脉冲态空化射流掩模电解加工的脉冲扰流与气蚀效应是电解产物及时排出的原因.该方法能够有效改善流场,是实现高效率、高均匀性的表面微凹坑结构的前提.     

电极超声振动复合混粉电火花加工试验研究

为了探究工具电极超声振动在混粉电火花加工中的作用,设计了一套可调谐振频率的工具电极超声振动装置。用TC4合金作为工件材料,工件去除率和表面粗糙度作为指标,分别实施了常规混粉电火花加工和超声混粉电火花加工正交试验,通过极差和方差对试验结果进行分析。结果表明,工具电极超声振动能加快粉末颗粒在加工间隙的流动性从而避免粉末颗粒沉积引起的短路和拉弧放电,提高了加工的稳定性,去除率比常规混粉电火花加工提高了30%,表面粗糙度也有所改善。     

内齿轮电火花成型铣削加工工艺

由于中小模数内齿轮结构所限,其齿面淬硬后的齿形加工难以使用传统的磨齿工艺,因此提出了一种电火花成型铣削加工方法,由于电极旋转放电,电极放电面积大,加工精度受电极损耗影响小,且电电腐蚀产物更好的排出。根据加工原理与方法设计了加工装置,通过单因素试验研究了基本工艺规律。根据单因素实验结果选取有代表性的水平设计正交实验,通过正交实验结合表面粗糙度和加工效率研究了最优加工条件。设计对比试验,实验结果表明比较与传统电火花成型加工方法,工件表面质量与加工效率都有显著提高。     

三电极微细电解加工脉冲电源

脉冲电源是实现微细电解加工的技术关键之一。该文基于钝化膜增厚过程分析,探讨抑气促溶机理,并设计一种具有脉间输出的三电极微细电解加工脉冲电源,利用辅助电极导入电解池的加工脉间完全去极化电流,完成界面加酸过程。微细阵列孔及微细槽的电解加工实验显示:采用三电极脉冲电源在中性NaNO3电解液中的微细电解加工,蚀除速率从两电极脉冲电源的3.21×10-4 mm3/s提高至6.62×10-4 mm3/s,有效地提高了加工效率;该电源在维持钝性电解液中加工定域性好和中性电解液的环保优势的同时,又具有偏酸性电解液中加工后表面质量高的优点,加工表面粗糙度Ra从0.52μm降至0.28μm。初步实验验证了具有脉间输出的三电极微细电解加工脉冲电源的可行性。     

七○一教研室两项科研成果通过部级鉴定

我院七○一教研室范广信副教授和研究生郭黎滨研制的线电极电火花电解复合加工新工艺及复合线切割加工用新型水基工作液于1987年7月30日在我院通过部级技术鉴定。线电极电火花电解复合加工是一种利用电能、热能和化学能等多能的加工新工艺。复合加工与电火花切割相比较,在相同的切割条件下,表面粗糙度可降低0.5～1级;复合加工的精度和线切割的精度相等;切割速度略低干线切割加工,当脉宽大于20ms 时切割速度则高于线切割加工。经过复合加工后的工件表面层应力小,不产生微裂纹,而且显微硬     

内螺旋齿轮电火花加工的研究和参数设计

针对淬火钠内螺旋齿轮难加工的问题,讨论了淬火钢内螺旋齿轮电火花加工的方法和装置的设计,分析研究了淬火钢内螺旋齿轮加工的特点和加工原理,分析了工具电极齿轮的修形设计和误差补偿技术,推导了相应的计算公式,并进行了该装置的误差分析。由分析研究得出：电火花加工较好地解决了这类在材质和形状上均有特殊性的齿轮加工问题;考虑放电间隙和电极损耗,工具电极是被加工齿轮的变位和修形齿轮;通过误差补偿和螺旋机构的误差控制可提高电火花加工内螺旋齿轮的加工精度。     

叶盘通道径向电解加工的流场设计及试验

合理的流场设计是实施电解加工的必要前提.为实现叶盘通道的全方位电解加工,采用径向电解加工方法对某型整体叶盘进行研究.首先,设计了可控对称式电解液流场;然后,建立了流场的有限元模型,并利用有限元法对流动方式进行了仿真分析;最后,为验证流场设计的合理性,开展了叶盘通道电解加工试验,试验结果显示,与传统流动方式相比,采用可控对称式流场,叶盘轮毂的表面粗糙度从2.450μm降低至0.154μm,轮毂的加工重复精度在0.07mm以内,叶盆、叶背的重复精度在0.17mm以内.这一结果表明,流场设计合理,有利于提高轮毂的加工质量,可获得较好的加工稳定性及一致性.     

考虑流场特性的发动机叶片电解加工阴极设计及数值仿真

为了提高阴极设计的精度,本文在考虑流场特性的基础上,分析了气泡率、温度、压力以及流速等因素对电解加工的影响,建立了电解加工间隙的数学模型,完成了叶片叶盆电解加工的阴极设计,同时对加工间隙中电场强度的分布进行了仿真,并和根据单纯考虑电场作用的模型所设计的阴极进行了对比．结果表明,同时考虑流场和电场两因素时,间隙内的电场强度比单纯考虑电场因素时的电场强度大9％,其分布和叶片型面变化接近,说明考虑流场特性的阴极设计模型更能够真实的反映加工工件型面的变化,更加符合电解加工实际物理过程的本质,从而提高了阴极设计的精度,减少了阴极修正的次数．     

发动机叶片电解加工电解液流动方式优化及试验

提出新的主动控制的电解液流动方式,在该方式中,电解液从缘板两侧流入,分别流经叶盆、叶背流道.建立了流场数学模型,用有限元方法对流动方式进行分析,并与传统侧流式流动进行了对比,分析表明采用该主动控制型流动方式有助于流场的均匀稳定.为了验证该流动方式的合理性,进行了叶片电解加工对比试验.试验表明:与传统流动方式相比,采用新的主动控制流动方式,叶片的表面粗糙度从1.87提高到0.38,同时加工精度也提高了0.05mm,说明该流动方式设计合理,有利于提高叶片加工精度和表面质量.