气体介质中电火花铣削加工工艺实验研究

为了解气体介质中电火花铣削加工的加工性能,首先采用单因素法在空气介质中进行了电火花铣削加工工艺实验研究。其次,采用了两种电极损耗补偿方法对三维结构的工件进行了实验研究。研究结果表明工件的加工速度随着分层厚度的增加而增加,随着轨迹重叠率的增加而减小;存在一个较佳的主轴伺服进给速度使得工件的加工速度较高。此外,气体介质中电火花加工工具电极损耗低的特点有利于实现气中电火花削加工工具电极损耗的补偿。利用回参考点的方法实现了三维结构的气中电火花铣削加工,加工出上边为8 mm×8 mm、四壁倾斜30°的梯形型腔和直径为2 mm的凸球。     

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.     

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.     

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.     

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.     

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。     

微细电火花加工关键技术研究

围绕微细电火花加工的实现,对微细电火花加工的关键技术进行了研究。开发出由蠕动式微进给机构、微小能量放电电源、微小电极线放电磨削机构、精密旋转主轴头、加工状态检测与控制系统等构成的微细电火花加工装置。探讨了微细电火花加工微小轴、高深宽比微小孔、非圆截面形状和三维结构成型、以及半导体硅材料等的工艺方法。实验加工出的微小轴和孔的最小直径分别小于２５μｍ和５０μｍ,最大深宽比分别超过２０和１０。     

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及系统的频响较高 ;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及对硬质合金、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。     

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。     

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．     

线电极电火花磨削运丝系统设计及线电极有效加工区位置波动的试验

摘要： 为了减小线电极电火花磨削中线电极有效加工区位置的波动,建立了运丝系统多自由度振动模型,分析了滚轮的直径和质量、相邻滚轮间线电极的材料、长度和直径对运丝系统振动固有频率的影响,将仿真分析结果用于指导运丝系统设计,以提高运丝系统的固有频率并减小线电极有效加工区发生振动的频率;通过试验研究了线电极运丝速度、线电极在导向轮上的包角及线电极张力对线电极有效加工区位置波动的影响规律,并用于确定最佳加工参数;同时,利用所设计的线电极磨削装置加工出直径为(50±1) μm的微细轴.结果表明,所设计的线电极磨削装置及试验获得的最佳加工参数可用于高尺寸精度的微细轴加工.     

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。     

低速WEDM制备的微织构螺旋微铣刀的铣削实验研究

基于五轴低速走丝电火花线切割机床与回转机构相结合的加工方法，制备了后刀面具有微织构的螺旋微铣刀.建立了微织构螺旋微铣刀微刃单元的切削力理论模型，并开展微织构微铣刀与常规微铣刀的对比实验研究.结果表明:微织构螺旋微铣刀的切削力相对于常规刀具降低了30%~40%，相同加工条件下，微织构螺旋微铣刀所加工的表面粗糙度降低至0.745μm，而常规微铣刀所加工的表面粗糙度为1.130μm.     

不同过渡层和电场方向对碳纳米管或纤维生长的影响

利用等离子体增强化学气相沉积系统沉积了碳纳米管或纤维，并用扫描电子显微镜研究了它们的生长和结构．为避免碳纳米管或纤维在生长过程中从衬底Si表面上脱落，先在Si表面上溅射沉积了金属过渡层Ti或Ta，然后再沉积催化剂NiFe．结果发现Ti和Ta过渡层对碳纳米管或纤维的结构有很大的影响．另外，还发现衬底Si放在支架的不同位置，碳纳米管或纤维的生长方向不同，这可能是由于辉光放电产生的非均匀电场所致．对不同过渡层和电场方向对碳纳米管或纤维生长的影响进行了分析和讨论．     

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.     

电火花线切割加工中放电间隙状态的检测

在研究放电间隙电压特性的基础上,开发了基于数字电路的电火花线切 割（WEDM）放电间隙检测模块。该模块对放电间隙电压和电流信号进行采样,通过给定的阈值和逻辑电路来识别不同间隙状态的脉冲,用高频计数器集成芯片对采样周期内的间隙状态进行计数,计数值传输给单片机完成有关计算,并送PC保存成文件以供分析,试验表明,该模块能胶儿检测WEDM加工中放电间隙的状态,为进一步研究WEDM智能加工控制系统提供了良好的基础。     

电火花线切割极间介电特性与放电能量分配关系

摘要：
建立了电火花线切割极间介质电阻模型,分析了加工能量与极间介质电导率、工件厚度之间的关系,并对极间介质电阻模型进行了实验验证.研究结果表明,随着电导率的升高或者工件厚度的增加,放电期间极间“漏电流”增大,损耗在极间介质的能量增加,加工效率降低,电导率变化导致的极间电阻改变对于加工效率的影响显著. 关键词：
电火花线切割; 工作介质; 介电特性; 电导率; 放电能量中图分类号： TG 662
文献标志码： A     

线筒式电晕放电伏安特性关系的研究

线筒式负电晕放电是指阳极为半径较大的圆筒,阴极为半径很小的导线的电晕放电形式,是静电除尘器中最基本的放电形式.笔者研究了阳极筒半径分别为100,80,50 mm,阴极线半径为0.5,0.25,0.15 mm,有效长度为1 m的情况下线筒式负电晕放电的伏安特性,测量得到了不同情况下的放电电流值和I-U关系图.结果表明放电电流随着阴极半径的减小和阳极半径的增大而增长.另外发现I/U和U之间呈很好的线性关系,对此结果进行了理论分析,得出关系式I=(8πε0μ(U-Us)U)/(R2ln(R/r0)),结果与实验现象相吻合.