Compound machining of silicon carbide ceramics by high speed end electrical discharge milling and mechanical grinding

A compound process that integrates end electrical discharge (ED) milling and mechanical grinding to machine silicon carbide (SiC) ceramics is developed in this paper. The process employs a turntable with several uniformly-distributed cylindrical copper electrodes and abrasive sticks as the tool, and uses a water-based emulsion as the machining fluid. End electrical discharge milling and mechanical grinding happen alternately and are mutually beneficial, so the process is able to effectively machine a large surface area on SiC ceramic with a good surface quality. The machining principle and characteristics of the technique are introduced. The effects of polarity, pulse duration, pulse interval, open-circuit voltage, discharge current, diamond grit size, emulsion concentration, emulsion flux, milling depth and tool stick number on performance parameters such as the material removal rate, tool wear ratio, and surface roughness have been investigated. In addition, the microstructure of the machined surface under different machining conditions is examined with a scanning electron microscope and an energy dispersive spectrometer. The SiC ceramic was mainly removed by end ED milling during the initial rough machining mode, whereas it is mainly removed by mechanical grinding during the later finer machining mode; moreover, the tool material can transfer to the workpiece surface during the compound process.     

微晶云母陶瓷微细孔超声加工正交试验

采用工件加振方式的微细超声加工方法和银钨合金工具,在厚度530μm的微晶云母陶瓷圆片上进行微细超声加工试验.通过5因素2水平正交试验分析了超声加工试验中振幅、工具进给速度和转速、工作液中金刚石磨粒粒度及金刚石质量分数对其工具体积损耗率的影响,并选择较优的参数组合,加工出孔径Φ80μm、深度530μm、孔侧壁锥度小于0.5°的微晶云母陶瓷通孔.     

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。     

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。     

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.     

并联谐振型微细电火花线切割加工脉冲电源

为了提高微细电火花线切割(WEDM)效率和表面质量,应用并联谐振电路原理,研究出新型的并联谐振型微细WEDM脉冲电源．该脉冲电源利用其辅助电路中谐振电感和谐振电容的高频振荡,在MOSFET管的两端获得零电压或零电流的开通关断条件,降低了开关器件的开关损耗,提高了开关频率,并且可以获得很窄脉冲宽度和很小的单个脉冲放电能量．与传统的脉冲电源相比,此脉冲电源提高了微细WEDM速度和表面质量,并且能切割出高质量的齿顶圆直径为0．3mm的微小齿轮．实验结果表明,这种高质的脉冲电源为改善微细WEDM整体性能、拓展加工领域提供了技术保证．     

单脉冲能量对铝合金微弧氧化陶瓷层性能的影响

单脉冲能量是影响微弧氧化工艺过程及氧化陶瓷层性能的重要因素。在恒压模式下,通过改变脉冲频率和占空比实现对单脉冲能量大小的控制,系统研究了单脉冲能量对铝合金微弧氧化陶瓷层的厚度、表面显微硬度、以及表面和截面形貌等的影响规律。结果表明:随着单脉冲能量的增大,微弧氧化陶瓷层厚度呈增大趋势;表面显微硬度呈先增大后减小趋势;陶瓷层表面形貌趋于凸凹不平,表面粗糙度逐渐增大。     

工程陶瓷小孔激光加工

实验研究几种陶瓷材料小孔激光加工的特性，提出改善表面质量和减少加工裂纹的合理工艺参数及消除已加工表面缺陷的两种激光复合加工工艺方法。     

高频窄脉冲电解加工的机理研究

探讨了高频窄脉冲电解加工（HSPECM）的机理。结果表明：HSPECM的强脉冲效应，改善了电解加工极间的间隙特性；强压力波，大脉冲间反向电流以及微火花均产生强烈的去极化作用，改善了电流效率特性，缩小了加工截止间隙，这些均强化了阳极溶解的集中蚀除能力，并实现了微小间隙加工。工艺试验证明，上述变化可导致高加工精度，高表面质量和高效率。用HSPECM加工的型腔试件其圆度达到0.02mm，重复精度在0.05mm以内，表面粗糙度在Ra0.60μm以下，使电解加工从半精加工水平提高到了精加工水平。     

刀具直径和磨料粒度对微铣磨表面粗糙度的影响

微尺度铣磨复合加工是一种兼具微铣削与微磨削特点的新型加工工艺.为给微铣磨复合刀具参数优化提供理论依据和数据参考,用立方氮化硼(CBN)微铣磨复合刀对不同材料进行微铣磨复合加工试验,并与微铣削加工进行对比,研究刀具直径和磨粒粒度对工件表面质量的影响规律.结果表明:选择合适的刀具参数能使微铣磨复合加工表面粗糙度达到亚微米级,且优于微铣削表面质量;在一定范围内减小磨粒粒径或增大刀具直径能够提高微铣磨复合加工的表面质量,且磨料粒度对表面粗糙度的影响更为显著.     

不锈钢,高温合金超声波振动车削试验研究

本文分析了不锈钢、高温合金的加工特性并介绍了超声波振动切削的优点。对超声波振动车削不锈钢和高温合金的表面粗糙度、表面加工硬化、切削功率以及切屑形态等进行了试验。试验结果表明,超声波振动切削不但可显著降低切削力、切削温度,而且明显改善了加工表面的质量和断屑的效果,是加工难加工材料的一种有效的方法。     

慢走丝电火花线切割TC4试验研究和参数优化

以慢走丝电火花线切割加工钛合金TC4为试验对象,在正交试验的基础上,通过信噪比(signal to noise ratio,SNR)方法研究峰值电流、开路电压、脉冲宽度、走丝速度和丝张力对加工时间、切缝宽度和表面粗糙度的影响规律.采用灰色关联度分析方法将多目标参数优化转化为单目标灰关联度的优化,得到慢走丝电火花线切割TC4在多项工艺指标要求下的最优参数组合.多目标优化结果表明:在峰值电流为30 A,开路电压为100 V,脉冲宽度为20μs,走丝速度为105 mm/s,丝张力为12 N时,表面粗糙度减小了8.35%,切缝宽度减少了2.59%,加工时间减小了26.06%.     

聚晶金刚石的电火花磨削加工

为探讨在普通电参数下,电火花磨削人造聚晶金刚石(PCD)的加工性能,研究了电极轮转速、开路电压、峰值电流、脉冲宽度以及脉冲间隔对材料去除率、电极损耗以及加工表面粗糙度的影响.结果表明,采用电火花磨削方法,在较小的开路电压和峰值电流下,PCD的加工是可行的.使用电火花磨削方法在材料去除率和表面粗糙度方面要优于普通电火花加工.各个加工参数对加工表面粗糙度的影响不大,而与金刚石颗粒的粒度有关.加工时应选用大的开路电压,而峰值电流不宜取得过大,一般说来,不应超过32 A.脉冲宽度与脉冲间隔之间存在一个最优比例关系,在合理的脉冲宽度与脉冲间隔比例基础上,加大脉冲宽度可以提高加工性能.     

线切割加工SiCp/LY12复合材料的试验研究

研究了电参数对电火花线切割加工SiCp/LY1 2复合材料的切割速度和表面粗糙度的影响 ;用扫描电镜分析了复合材料线切割加工表面的SEM形貌。试验结果表明 :峰值电流和脉冲宽度对切割速度和表面粗糙度有较大的影响 ,其次是加工电压 ;脉冲间隔对表面粗糙度影响不大 ,当其达到一定程度时 ,表面粗糙度基本不受其影响 ;选用较大的峰值电流和较短的脉冲宽度 ,可对复合材料进行较理想的电火花线切割加工。     

快走丝电火花线切割加工试验研究

结合青海大学基础工业训练中心的DK7740型电火花线切割机床,研究了脉冲宽度和峰值电流对线切割加工效率和表面质量的影响,为正确选择电参数提供了参考。     

微齿轮超声复合电解加工工艺设计与试验

用微细电火花线切割方法制作加工微齿轮的工具电极;完善超声复合电解加工试验系统,选取硬质合金进行微齿轮超声加工、超声复合电解加工和超声复合同步脉冲电解加工试验.结果表明:超声复合电解加工具有加工精度高、加工效率高的特点,超声复合同步脉冲电解加工具有更好的加工精度和表面质量.     

模板电极电解加工的成形规律研究

本文提出了一种新颖的电极,即模板电极,同时对模板电极电解加工成型规律进行了研究.首先建立了反映实际加工过程的数学模型,并考虑非线性电解液的影响,利用参数化有限元分析技术对其蚀除过程进行模拟和数值求解,同时进行了相应的试验验证,试验结果显示,模拟蚀除的深度和直径与实际加工的深度和直径相符. 此工艺实现了以较高的效率在金属薄板上加工出群孔结构,且孔径一致均匀,加工的重复性好.     

模板阴极电解加工群孔的成形规律

采用模板阴极进行电解加工群孔试验,探讨了模板阴极电解加工的成形规律,建立了反映实际加工过程的数学模型,并考虑非线性电解液的影响,利用参数化有限元分析技术对蚀除过程进行模拟和数值求解,最后进行了相应的试验验证.结果显示:仿真蚀除的深度和直径与实际加工的深度和直径相符;采用模板阴极双面电解加工方式可减小孔的锥度和缩短加工时间;模板阴极电解加工方式可低成本、高效率地在金属薄板上加工出群孔结构.     

用瞬态激振法测量微机械材料的弹性模量

利用蚀刻硅技术制造的微机械构件 ,由于其特殊的制作过程需要对其材料的机械性能如弹性模量等进行测试。文章综述了已有的微机械材料弹性模量测试方法。在此基础上 ,提出了用瞬态激振法来测量微机械材料的弹性模量的方法 ,这种方法把微机械构件做成悬臂梁 ,通过对悬臂梁进行瞬态碰击激励并使之产生一个短暂的振荡。然后求得振荡趋于稳定时的频率 ,这就是悬臂梁的固有谐振频率。再通过计算公式求出微机械材料的弹性模量。这种方法具有测试装置简单、测量容易、精度高等特点。可作为一种常用的测试方法     

微细电火花加工过程分析及仿真

根据热传导基本理论和微细电火花加工的实际情况,建立起微细电火花加工的有限元分析模型;采用ANSYS分析软件,基于不同的热源模型对单脉冲放电情况的温度场进行了数值模拟,并利用仿真结果研究了单脉冲放电的表面粗糙度和材料去除率与放电能量的关系。