难加工合金微细通道电火花加工工艺规律研究

微细电火花加工技术因其非接触加工等显著特点,在难加工合金材料微细制造领域具有突出的优势与潜力．选择对加工性能影响较大的峰值电流、脉宽、脉间及电容4种电参数,开展了难加工合金微细通道电火花加工正交实验,并结合实验结果分析了电参数对加工时间和电极损耗的影响规律．最后,针对两个加工目标,采用多目标优化算法得到了最优电参数组合,并分别在不锈钢、殷钢、钛合金3种难加工合金材料上加工了微细通道．实验结果表明,放电参数对加工时间和加工效率具有显著影响,采用所提出的多目标优化方法可以在保证加工质量的同时有效提高加工效率．     

UV-LIGA与微细电火花加工组合制造微细电解阵列电极

采用UV-LIGA与微细电火花加工组合技术制造大长径比微细阵列电极.先通过UV-LI-GA技术制作微细群孔工具电极,然后通过电火花套料加工制作大长径比微细阵列电极.选取优化的工艺参数:前烘110℃保持12h;三步后烘50℃保持5min、70℃保持10min、90℃保持30min;采用谐振式电火花电源,电压200V、峰值电流1.5A、脉宽3.2μs、脉间6.4μs、放电间隙12μm等,制备了直径85μm、长1.5mm,长径比达17.65的微细阵列电极.最后用制作出的微细阵列电极作为工具电极进行微细电解加工实验,在120μm厚不锈钢板上电解加工出直径150μm、形状均匀的微细阵列群孔结构.实验证明:UV-LIGA与微细电加工组合制造技术是一种可行的制作高深宽比微结构的方法;利用微细阵列电极进行电解加工,能实现高效和高精度加工.     

智能模糊控制技术在微细电火花加工中的应用

基于微细电火花加工实验得出了各控制参数对加工指标影响的定性关系,设计了多输入、多输出的多级递阶智能控制系统。系统在结构上根据智能程度实行分级,将智能程度高的加工决策器置于系统的上层;智能程度低的各种策略调节器置于系统的下层。论述了智能推理算法,该算法采用模糊推理技术,并引入可信度概念。经对比实验验证,采用该控制系统可提高微细电火花加工效率60％－100％,随着加工深度的增加,这种效率的提高越发明显。此外还可以扩展微细电火花可加工深度的范围。     

微细电火花加工脉冲电源及其脉冲控制技术

为了提高微细电火花加工效率,通过分析微细电火花加工特点,改进了主放电回路,设计了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的微细电火花加工脉冲电源.该电源集成了放电状态检测功能,能够判断每一个脉冲的放电状态,并及时切断有害脉冲.设计了应用于微细电火花加工的清扫脉冲回路,可在极间加载高能量窄脉宽的清扫脉冲,以清除积聚在极间的加工屑.利用该电源在桌面式微细电火花加工机床上进行了微细深孔加工实验和微细孔极限加工实验,取得了较好的加工效果.     

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.     

电火花沉积加工微细结构的研究

论述了一种新的微细电火花加工方法.先确定微细电火花沉积加工工艺参数的选取原则,然后使用铜、钢和钨为电极,在空气介质中沉积出直径0.19 mm、高7.35 mm的微小圆柱体,又通过仅仅改变极性进行有选择性的去除加工.在此基础上提出单圆柱连续沉积策略,得到HIT字符型阵列.实验表明,重力对微细沉积加工的影响微弱,氩气介质有助于提高微圆柱体表面质量.最后的组织结构、能谱和硬度检测等显示,沉积材料致密、坚硬,并呈明显的分层结构.     

功能电极电火花诱导烧蚀加工模具钢Cr12实验研究

针对电火花加工效率低的问题,提出了利用功能电极向加工区域通入高压水和氧气,在电火花放电加工中引入金属在氧气中燃烧产生的化学能,蚀除金属材料.通过采用圆柱电极和功能电极对模具钢Cr12进行常规电火花加工和电火花诱导烧蚀加工实验,研究了电参数及非电参数对电火花诱导烧蚀加工的影响规律.结果表明：正极性烧蚀加工模具钢Cr12的加工效率达178.12 mm3/min,是相同条件下常规电火花加工的20.2倍,并具有明显的极性效应.烧蚀加工的加工效率MRR随脉宽和加工电流的增大呈近似线性增大趋势;随气压与液压之比的增大呈现先增大后减小的趋势;随着电极转速的增大呈现先增大后略有下降的趋势.     

集肤效应对微细电火花加工的影响

针对微细电火花加工中常用的高频脉冲电源,引入集肤效应的概念,并用电磁场理论对其在微细电火花加工中的存在性加以证明.对集肤效应影响下的微细电火花加工过程进行了理论分析,总结了电场强度与电流密度的非均匀分布导致电火花放电点位置的变化规律,分析并实验研究了考虑集肤效应作用的工具电极的损耗形式,认为集肤效应导致的放电能量分布差异是微细电火花加工中微细电极损耗严重的又一重要原因.     

内喷雾式电火花铣削加工的实验研究

提出了一种新的电火花加工方法——内喷雾式电火花铣削加工.喷雾电火花加工采用具有一定压力的水雾作为放电介质,具有无污染、成本低等优点.实验研究了极性、峰值电流、脉宽、脉间等参数对喷雾电火花加工的材料去除率和电极体积相对损耗率的影响.结果表明,喷雾电火花加工适合采用正极性加工(工件接正极),且具有电极相对损耗率低等特点.     

微细电火花加工机床微进给机构的分析

微进给机构是微细电火花机床最重要的组成部分之一.运用直接耦合的方法,在ANSYS软件环境下,对微细电火花机床的微伺服系统中的高频响微进给机构进行了结构的静态分析和模态分析,得到该压电微进给机构的固有频率和振型以及在电压激励下的最大变形量,并据此设计加工出微进给机构.结果表明,所设计的微进给机构具有很高的固有频率,可以实现高精度、高频响进给,满足了微细电火花加工的要求.采用所设计的微进给机构进行的微细电火花加工获得了非常好的效果,加工效率大大提高,加工质量明显改善.     

微细电火花加工微孔时加工作用力影响

在用微细电火花加工大深径比微孔的过程中发现,相同加工条件下工具电极越长则加工孔径越大.为了解释这一现象,采用经典Bernoulli-Euler杆件理论,针对加工作用力对电极变形影响的3种情况,对工具电极的变形量进行了求解,结果表明计算值与实验结果非常接近,从理论上揭示了加工作用力对微孔加工过程的影响.加工中随电极长度的...     

微细电火花加工机床微进给机构的分析

微进给机构是微细电火花机床最重要的组成部分之一。运用直接耦合的方法，在ANSYS软件环境下，对微细电火花机床的微伺服系统中的高频响微进给机构进行了结构的静态分析和模态分析，得到该压电微进给机构的固有频率和振型以及在电压激励下的最大变形量，并据此设计加工出微进给机构。结果表明，所设计的微进给机构具有很高的固有频率，可以实现高精度、高频响进给，满足了微细电火花加工的要求。采用所设计的微进给机构进行的微细电火花加工获得了非常好的效果，加工效率大大提高，加工质量明显改善。     

微细电火花加工装置及其控制技术

设计开发出了具有四轴三联动的微细电火花加工装置.针对该装置,对微细电极的制作控制技术、成型加工的伺服控制和微三维结构加工过程中电极损耗的补偿控制等进行了深入研究.在充分分析伺服机构性能的基础上,提出针对不同加工目的采用不同的伺服控制策略,不仅解决了伺服机构在微位移进给过程中存在的爬行问题,同时也较好地解决了电极制作过程中存在的伺服振荡问题;对电极损耗的补偿控制技术进行了深入的研究,进而提出了电极损耗的在线补偿策略,该补偿策略作为微细电火花加工控制系统的一个组成部分,使电极损耗的补偿与微细铣削加工的CAD/CAM系统分开,大大提高了微细电火花进行三维微结构加工的实用性.实验加工出最小直径为6 μm的微细轴以及最小直径为10 μm微细孔,并实现了外径为4 mm、具有24个叶片的微型涡轮盘以及直径为150 μm微小半球的加工.     

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。     

基于灰色理论的多曲率油槽电火花成型加工参数优化

研究电火花加工参数对工艺指标的影响,为了实现加工参数的优化选择,使用紫铜电极对QT700-2进行了电火花加工试验,选择加工速度vm、电极损耗速度vE、双边侧面间隙S及相对损耗比θ作为工艺指标,采用灰色关联理论,分析了主要电参数对加工指标的影响关联程度,对主要电加工参数进行了优化,得出以单项工艺指标和多项工艺指标为优化目标的电加工参数组合.优化结果表明,优化后的电加工参数对减小电极损耗速度vE、双边侧面间隙S及相对损耗比θ具有比较明显的效果.     

微细电火花加工的关键技术分析

微细电火花加工方面的几项关键技术包括微小进给装置、微细电极的制备、微小能量加工电源、与其他技术组合的新型加工技术和微细电火花加工过程控制技术。比较了微小进给装置与传统的进给伺服系统的结构特点，并对各项微细电火花技术的技术特点进行了详细分析。微小进给装置的传动精度有系统的频响较高；微细电极的制备技术解决了圆柱、圆锥、螺纹等不同形状的电极或微小零件的制备有对硬质合金、聚晶金刚石等超硬材料的加工问题，可控RC脉冲电源技术易于调整脉冲能量，避免发生电弧性脉冲放电现象；微细电火花加工可与超声加工、电铸加工等技术组合形成各种复合加工技术；模糊控制技术可用于控制电火花加工过程。     

喷雾电火花铣削加工工艺的研究

采用单因素实验对适合喷雾电火花铣削加工的脉宽/脉间比、层进给量及电极壁厚等参数的优化范围进行了选择;基于田口方法进行了喷雾电火花铣削加工的实验设计,根据实验结果建立了材料去除率的经验公式.实验及方差分析结果表明,材料去除率受脉宽/脉间比的影响最显著;采用优化后的加工参数大大提高了材料去除率,实现了喷雾电火花铣削的高效加工.     

微细电火花加工单脉冲热作用机理研究

为了解微能量单脉冲放电加工原理,文中从微细电火花单脉冲放电加工具有放电时间短,放电通道半径小,能量密度高等特点入手,从单脉冲热作用模型的放电通道半径和能量分配系数方面对当前电火花单脉冲蚀出模型进行改进。建立了时变放电通道的热作用模型,并验证了模型的正确性,提出了单脉冲热作用模型中能量分配到工件表面的百分比系数随着放电参数的变化而变化的规律,为微细电火花的广泛应用奠定基础。     

高电阻电极对微细电火花放电加工影响的研究

微细电火花放电加工过程中,由于单位脉冲放电的材料去除率(放电凹坑直径)决定了最小加工尺寸以及微细电火花加工的加工表面粗糙度,所以减少单位脉冲放电的材料去除率具有重要作用。为达到此目的,采用具有高电阻材料如单晶硅作为工具电极。分析结果显示,随着工具电极电阻提高,放电电流峰值逐渐降低,脉冲放电时间增加,放电能量减小。另外,研究并测试了硅电极加工不锈钢工件时电阻值对工件表面放电凹坑直径的影响。实验结果表明当硅工具电极电阻值提高时,放电凹坑直径逐渐降低;并达到最小值0.5μm;同时降低了工件表面粗糙度值0.03μm;提高了表面加工质量。     

微细电火花三维加工中电极损耗补偿新方法

为解决微细电火花三维加工中存在的电极损耗问题,提出了一种使线性补偿法与均匀损耗法相结合的新的补偿方法.加工实验结果表明,使用这一新补偿方法可明显提高三维微细电火花加工的加工效率和底面粗糙度,并且减少电极损耗.与均匀损耗法相比,电极损耗长度可减少17.8%,表面粗糙度可降低9.9%,材料去除速率可提高10.1%.