浅析微细电火花加工机床加工误差及提高精度的措施

徽细加工技术在现代制造技术中占有极其重要的地位,而微细电火花加工技术是实现微细加工的最有利手段之一.由于工具电极与工件电极之间的宏观作用力微小,因此非常适合微小零部件的加工.机床在加工过程中其工艺系统会产生各种误差,从而影响零件的加工精度.研究机床加工过程误差的产生及防止对提高机床加工精度有着重要的意义.     

集束电极电火花加工工艺

为了探索集束电极电火花加工的工艺特性,进行了工具电极平动加工试验,对比传统实体电极电火花加工,探讨了脉宽和峰值电流等条件对工件材料去除率及工具电极相对损耗率的影响.结果表明,通过平动工具电极,能够消除因多孔结构的集束电极在工件加工表面形成的毛刺状料心,从而使得加工过程稳定,材料去除率提高.相对于实体电极电火花加工,集束电极电火花加工的材料去除率及其工具电极损耗率均较大.     

电化学放电加工高速旋转电极的流固耦合分析

电化学放电加工(Electrochemical Discharge Machining,ECDM)为近年来较受关注的非传统制造技术之一,既可以加工非金属材料,也可以加工金属材料。以有限元软件对工具电极高速旋转电化学放电加工加工状态进行了仿真分析,研究了工具电极旋转速度及工具电极与微小孔之间的偏心程度对工具电极变形及工具电极应力的影响。计算结果表明,随着工具电极旋转速度增加,工具电极最大变形及工具电极最大应力增加;随着工具电极与微小孔偏心量的增加,工具电极最大变形及工具电极最大应力增加。     

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.     

镍基单晶高温合金的微孔加工对比实验研究

开展镍基单晶高温合金微孔加工实验研究,探讨不同直径、不同截面形状的电极对微孔的尺寸精度、表面质量、加工效率和亚表面损伤等方面的影响.研究结果表明,微细螺旋电极的加工效率远大于圆柱电极,其中直径200μm的微细螺旋电极的微孔加工效率比相同直径下的圆柱电极提高17%,而直径300μm的微细螺旋电极的加工效率可提高30.56%;微细螺旋电极加工的微孔扩孔量小于圆柱电极的扩孔量,且微细螺旋电极加工得到的孔壁质量优于圆柱电极的;微细螺旋电极所加工的微孔的亚表面损伤层连续且厚度小于圆柱电极所加工的微孔.     

电极在线加工技术

在微细电加工领域,工具电极的在线制作技术可减小它的定位误差,有助于提高待加工件的加工精度。本文提出了一种新的电极在线加工的方法,在微细电解加工过程中,将工件固定在工作台或两个相互垂直的加工轴上,让工作台或两加工轴互带正、负电,通过更换加工电源的正、负极性,在三者之间实现相互加工。实验中,分别用三种不同的加工工艺,在线加工出几种微型的工具电极。     

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.     

混粉电火花加工工艺特性的研究

为了进一步完善混粉电火花加工工艺,对混粉电火花加工的一些工艺特性进行了研究。通过实验探讨了峰值电流、加工极性和工具电极转速对加工效率和表面粗糙度等性能指标的影响规律。结果表明,在加工能量较小的情况下,混粉电火花加工与普通电火花加工相比,兼备加工效率高和加工质量好的优点;而且,选择恰当的加工极性并适当地伴以工具电极的转动,可以获得更优的表面加工质量。     

电极旋转电化学放电加工间隙内介质输送分析

微小孔是一类重要的结构,在航空工业、航天工业、微电子、汽车及医疗等行业有着广泛的应用。工具电极高速旋转电化学放电加工是根据电化学放电加工基本原理,应用高速旋转的工具电极在工件上进行电化学放电加工的方法。针对制造行业中广泛应用的金属微小孔结构,通过对螺旋工具电极高速旋转微小孔电化学放电加工间隙工作介质流场仿真,解释了螺旋工具电极高速旋转微小孔电化学放电加工间隙内工作介质输送机理。     

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.     

夹具对箱体加工变形影响研究

以某发动机箱体结合面的铣削工序为研究对象,采用有限元法模拟分析了夹具布局和夹紧力对箱体加工精度的影响。首先建立了箱体铣削力模型,计算了铣削力。箱体加工采用3-2-1定位方式,在夹紧力相同的条件下,改变夹紧的位置,采用有限元法,计算和分析了夹具布局对箱体加工变形的影响,从而确定了箱体铣削加工中夹具的位置。在此基础上,仿真分析不同夹紧力下箱体的加工变形。研究结果为发动机箱体加工中夹具布局和夹紧力确定提供了参考。     

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。     

电化学加工YT15硬质合金表面形貌特征实验研究

由于所含碳化物粉末与黏结金属的电极电位差等原因,硬质合金电化学加工的阳极表面蚀除过程较碳钢和其他金属更为复杂.以YT15硬质合金为实验对象,对试件原始表面进行统一加工条件下的研磨处理,使之具有一致的表面状态.在此基础上进行电化学加工实验,以SEM图像结合轮廓曲线,分析表面微观形貌的横向特征和纵向特征,获得表面材料溶解的特点和规律.实验发现,使用不同电解液获得的表面微观形貌特征差异显著,加工过程中的表面微观形态和腐蚀规律及变化特性也各不相同.研究认为,不同电解液产生的不同阳极表面膜特性和硬质合金材料固有的多组分特征是导致这种差异的原因,抑制硬质合金同类材料的边界腐蚀是获得良好加工效果的关键.NaOH去钝化能力较强,溶解速度快,适于成型加工电解液;NaNO_3及NaCl具有良好的钝化成膜能力,阳极膜无序破坏容易导致不均匀腐蚀,纯电化学加工不容易获得良好的加工效果,但通过合理施加外力控制阳极膜的有序破坏,则可提高表面质量,具有作为复合光整加工电解液的潜力;H_2SO_4+H_3PO_4成膜较均匀,活化作用较好,具有抑制材料不均匀溶解的能力,适用于具有一定表面质量要求条件下同时达到特定成型效果的加工.     

车间环境中遥测电火花加工状态的可能性

为了使多台电火花机床同时工作时遥测其加工状态成为可能,作者详尽地研究了加工时的电磁辐射频谱。通过实验证实:在近场内,电火花加工中的电磁辐射是有限带宽的白噪声,其“特证频率”是由于接收天线与测试仪器的阻抗失配引起的。而在远场内,所呈现的“特征频率”则是机床阻抗特性的反映,不同型号和尺寸的机床所辐射的信号频谱上就出现不同的“特征频率”。这样,能实现在车间环境中多台电加工机床同时工作时分别遥测它们的加工状态。     

难加工材料导电加热切削机理的研究

在导电加热切削中，用信号频率分离的方法，测量了不同切削条件下的切削温度和切削力，并取得了切屑根部金相显微照片，从而对导电加热切削的机理进行了深入的研究．实验结果表明，当使用负倒棱刀具和采用较大进给量时，导电加热切削高强度合金钢能获得较好的效果。     

超声辅助微细电解制备微细圆柱体电极基础试验

分析了超声因素在微细电解制备微细圆柱体电极工艺中的作用机理,在自行研制的数字化微细电解加工系统上,以超声辅助微细电解的技术手段,利用初始直径400／μm的钨丝进行了微细圆柱体电极的制备试验．试验中重点分析了超声频率、加工电压、电极浸入深度等工艺因素对电极制备质量和制备效率的影响．试验结果表明,超声因素的介入可有效改善微细圆柱体电极制备的成型精度,且其制备效率可提高24．4％～41．2％．     

高原山区碎块石土地基微型桩单桩下压荷载下的受力特征

采用双折线荷载传递函数,推导山区碎块石土地基微型桩在下压荷载作用下单桩受力的理论解,建立该类地基微型桩抗压承载力随桩长与桩径间的变化关系,评价不同下压荷载下桩端桩侧承担的荷载比例。结果表明:碎块石土地基中的微型桩,桩端承担的荷载比例随着下压荷载、桩径的增加而增大,随着桩长的增加而减小;下压荷载与桩顶位移的关系可分为两段,第一段增加的荷载主要由桩侧承担,第二段增加的荷载主要由桩端承担。碎块石土地基微型桩,桩侧和桩端同时发挥作用,设计时应同时考虑桩侧和桩端阻力的影响。