超声振动辅助电火花加工表面成形机理研究

以TC4钛合金作为工件材料,通过建立高斯热源在工件表面的分布模型,描述了单脉冲电火花加工凹坑的成形机理。为了验证模型的准确性,进行了仿真和实验验证。结果表明:通过分析仿真得到的温度场云图和实验测得的数据发现,高斯热源分布模型与两者一致。在引入超声振动后,表面粗糙度降低35%~46%,材料表面凹坑明显减少,表面形貌发生显著变化。随振幅增大,高斯热源分布曲线的最大值减小,温度场中心最高温度降低,深度变浅的表面凹坑数量增加,单个凹坑的面积增加,表面粗糙度变好。

电压和脉间对钛合金TC4电火花加工影响的研究

【目的】探讨不同工艺参数对钛合金TC4电火花加工时蚀除速率、表面质量的影响,找到合适的电压、电流、脉间等工艺参数。【方法】基于电火花加工原理,进行两阶段实验,在数控电火花成型机(KMZ-435)上分别采用不同的电压、电流、脉间等工艺参数对钛合金TC4实验块进行加工,统计加工时间,计算蚀除速率,并对比了加工件的表面粗糙度。【结论】峰值电压在150 V,间隙在40 μm~50 μm时,蚀除速率、加工稳定性及表面质量都在最优状态。【结论】电火花加工是目前应用最广的钛合金TC4加工方法,本研究对钛合金TC4电火花实际加工及成本控制有重要的现实意义。

电火花加工用磁悬浮驱动器控制系统

针对传统电火花加工时,主轴不能及时调整极间间隙导致加工效率低下的问题,提出了一种多自由度磁悬浮驱动器代替传统电火花主轴运动。分析了该磁悬浮驱动器的结构及原理并建立了磁悬浮驱动器的动力学模型,运用有限元仿真软件对该驱动器所产生的电磁力进行仿真分析,通过设计传统PID控制系统及模糊PID控制系统对磁悬浮驱动器的控制效果进行仿真与实验验证。结果表明,该磁悬浮驱动器具有较好的跟随特性和快速的响应速度及符合要求的电磁力,满足微细电火花加工要求。

激光选区烧结制备铜齿轮电极及其电火花加工应用

针对利用铣削工艺制备电火花加工齿轮型腔的工具电极时存在制造柔性低和工艺流程复杂等问题,提出使用激光选区烧结(SLS)工艺制备铜齿轮电极。考虑到SLS制备的齿轮电极存在微观组织缺陷而导致其电导率较低,进而导致电火花加工性能较差的问题,通过热处理工艺来调节齿轮电极的电导率,并研究热处理参数对电导率及齿轮电极电火花加工性能的影响。结果表明:在不同参数热处理时,齿轮电极的电导率在9.51~33.8 mS/m范围内变化;在退火温度300℃、保温时间4 h时,可获得性能较好的齿轮电极,其TWR为0.002 4 mm^(3)/min、MRR为0.374 2 mm^(3)/min;与铣削加工的电极相比,SLS制备的齿轮电极,其MRR提升了31.53%。

基于叶片三维模型的气膜冷却孔自动化电火花加工

基于UG NX软件的涡轮叶片三维模型,研究了一套气膜冷却孔加工信息自动化提取方法和实现算法,集成了气膜冷却孔孔轴偏角与加工点位的自动提取、不同坐标系的适应性配准、叶片位姿调整偏角与变换坐标值的自动输出、分层获取扩散孔结构与圆直孔深度信息、自动补偿工具电极半径与放电间隙、优化扫描加工轨迹等功能,实现了电火花扫描加工扩散孔与电火花高速穿孔加工圆直孔的组合工艺自动化加工过程,并通过实验验证了该方法及其实现算法的实用性。

精密方孔电火花加工用方形电极的修正试验研究

针对电火花精修方孔所用窄长铜条电极机械加工精度和表面质量差、成品率低的问题,提出一种电极修正方法,开展方形电极修正试验。对机加工电极进行检测后,对锥度小于0.02 mm,直线度小于0.05 mm的不合格电极开展电极修正试验,使电极直线度提高至0.02 mm,最后采用研磨夹具对电极进行精磨,使电极直线度小于0.01 mm,表面粗糙度小于Ra1.6μm。结果表明,对电极进行修正及精磨,方形电极的直线度与表面质量得到提高,可满足精密方形电极的要求,电极合格率提高至60%以上。运用合格电极开展方孔电火花精修试验,方孔拐角精度和表面质量得到极大提高。方孔最小圆角半径为0.04 mm,加工锥度为0.03 mm,表面粗糙度为Ra2.219μm。

摇动半径与中心抬刀对电火花加工效果影响的试验研究

为了提升电火花加工系统的性能,开发出基于PC平台、能够实现高速复杂抬刀、多轴联动摇动加工的电火花成形加工数控系统。在中心抬刀模式下,加入摇动半径分别为30μm、60μm、90μm的摇动模式,对比了不同模式下的试验结果。在90μm摇动模式下,对比了中心抬刀与非中心抬刀下的试验结果。结果表明:随着摇动半径的增大,加工时间变长、加工蚀除率下降、加工后孔的直径和深度变大但孔的直径偏差变小、底部圆角半径变小、电极损耗率下降,但表面粗糙度基本相同;中心抬刀会延长加工时间、降低加工蚀除率、减小孔直径并降低孔的直径误差、减小电极损耗率,对底部圆角直径、加工深度、表面粗糙度的影响不大。

基于几何特征分析的电火花加工区域自动识别算法

提出了一种基于几何特征分析的电火花加工(EDM)区域自动识别算法。首先,基于凹边邻接图识别模具中的凹区域,基于表面法向识别凹区域底面并进行投影,然后基于底面投影轮廓的凹凸分界点对复杂凹区域进行分割与整合,并基于4类基本特征对底面投影轮廓进行分析,从而识别电火花加工区域,最后提出了3类造型方法实现了电极的自动造型。基于UGOpen实现所提算法,使用实际工程模具进行了测试,验证了算法的可行性。

Al_(2)O_(3)-TiC陶瓷材料微细电火花加工试验研究

为研究电火花加工Al_(2)O_(3)-TiC陶瓷材料工艺参数对工艺性能的影响,设计了混合2-3水平正交试验方法。研究加工极性、极间电压、最大放电电流、增益、脉冲频率、脉宽、放电间隙与电极长度损耗、电极轮廓损耗、材料去除率之间的规律。通过极差分析,获得了工艺参数对工艺性能的影响趋势。结合方差分析,表明加工极性对电极损耗有显著影响,极间电压、最大放电电流显著影响材料去除率。综合三项工艺性能,最优的参数组合为负加工极性、130 V极间电压、50 A最大放电电流、45增益、150 Hz脉冲频率、1.0μs脉宽、放电间隙40μm。

基于粒子群算法优化支持向量回归的电火花加工工艺指标预测模型

基于电火花加工过程中放电参数与表面粗糙度之间呈非线性关系,难以找到合适的电参数进行加工,提出了一种基于粒子群算法优化支持向量回归(PSO-SVR)的电火花加工工艺参数预测模型。研究结果表明,PSO-SVR在测试集上的均方根误差(RMSE)为0.302,决定性系数(R^(2))为0.994,较传统SVR模型(RMSE为0.577,R^(2)为0.981)有显著提升,验证了PSO算法优化SVR参数的有效性。对原始数据进行预处理,并基于优化后的数据训练PSO-SVR模型,结果显示:经过数据预处理的PSO-SVR模型在测试集上的RMSE进一步降至0.255,R^(2)提高至0.996,预测精度和泛化能力均得到增强。

叶缘曲面电火花加工的电极损耗补偿方法

电火花成形加工依靠电极成形曲面及其相应的运动轨迹,可加工出复杂曲面。采用该方法修整叶片叶缘时,由于电极损耗不可避免,影响工件的加工精度。通过分析成形电极及其包络运动,基于相对体积损耗比提出了一种电极损耗补偿方法,并在自研的六轴数控电火花机床上进行电极损耗补偿加工实验。结果表明:在相对体积损耗率为0.54时,补偿加工后的叶缘整体尺寸误差范围为-24.1~47.6μm,该补偿方法能有效提高叶缘加工效率和精度,实现叶缘曲面一次性电火花修整成形的目标。

电火花加工金刚石-镍复合电极制备参数优化研究

研究了化学复合镀镀液的制备参数对复合电极制备的影响,阐述了金刚石微粉预处理步骤。分析了金刚石微粉的等效粒径对复合电极镀层的影响,得出最佳镀层金刚石等效粒径为10μm。进行了镀液温度变化下的复合电极制备速度关系试验,得出最佳制备温度为74~76℃。对制备的电极进行加工试验,结果表明:参数优化复合电极的电极角损耗比普通紫铜电极降低了74.74%;参数优化复合电极的电极角损耗比参数未优化复合电极降低了57.29%。

摇篮式五轴机床的电火花加工仿真

以自主设计的卧式摇篮式五轴机床为研究对象,利用UG软件绘制五轴机床模型,将模型各组件导入到VERICUT9.2.2中构建仿真平台。详细介绍仿真平台的建立过程、VERICUT中相关参数的设置方法、毛坯的设置和调整、刀具的创建等内容。运行VERICUT仿真模拟加工过程并观察加工效果。经过实践验证,该仿真平台能有效避免机床碰撞等事故的发生。

电火花加工对H13钢表面完整性及力学性能的影响

对H13钢进行电火花加工,研究了电火花加工对其微观形貌、物相组成、残余应力、显微硬度和冲击性能的影响。结果表明:电火花加工后H13钢表面出现熔融颗粒、陨石坑、孔洞、微裂纹等缺陷,截面分为白亮层、热影响区、回火区和基体;白亮层中存在柱状晶、柱状树枝晶、等轴晶、共晶组织等,显微组织包括马氏体、残余奥氏体、Fe_(3)C、Fe_(7)C_(3)、(Cr,Fe)_(7)C_(3)、Fe_(0.3)Mn_(2.7)C等相;相比基体,白亮层中的碳元素和残余奥氏体含量增加;电火花加工后H13钢表层的残余应力和显微硬度均高于基体,且随着距表面距离增加,均先增大后减小,最大分别为575 MPa、647.3 HV;电火花加工后H13钢的冲击功比磨削加工后下降了35.56%,冲击断口出现大量撕裂棱,还有韧窝、解理面、大尺寸剥离面,为准解理断裂。

电火花加工钛合金电参数对重铸层的影响规律研究

电火花加工(Electric Discharge Machining,EDM)后工件表面产生的重铸层(recast layer)严重影响工件的表面完整性和机械性能。重铸层厚度(Recast Layer Thickness,RLT)是电火花加工的一项重要工艺指标,特别是在电火花加工钛合金中更为关键,重铸层厚度主要受电参数的影响。以钛合金Ti6Al4V为试验对象,首先讨论主要电参数(峰值电流、脉宽、占空比和间隙电压)对重铸层厚度的影响规律;然后基于重铸层对表面粗糙度和材料去除率带来的影响,在考虑重铸层厚度、表面粗糙度和材料去除率等多目标下优化电参数组合;最后,结合不同重铸层厚度的加工要求,总结电参数选择原则。经试验验证,最优电参数组合在满足薄重铸层厚度和低表面粗糙度的同时,材料去除率提升了2.76倍。

复杂型腔类零件电火花加工电极运动轨迹搜索算法研究

针对复杂型腔类零件电火花加工中电极无干涉运动路径难规划的问题,提出一种电极运动轨迹搜索算法。使用NURBS参数化曲线曲面建模方法拟合叶片型面,建立叶片精确数学模型并计算流道中心线,基于流道中心线表达式提出轨迹搜索算法,开发了复杂型腔类零件多轴联动电火花加工专用CAM系统,成功实现4轴、5轴、6轴复杂型腔类零件的电极运动路径规划和无干涉加工过程仿真。进行整体带叶冠涡轮盘的加工试验,结果表明,叶形加工精度≤0.03 mm,总耗时249.3 h,满足闭式整体叶盘类零件指标要求。试验证明该算法可以快速搜索电极无干涉运动轨迹,有效避免电极干涉,从而提高轨迹搜索效率,工况适应能力强,可用于4~6轴各种工况下叶轮、叶盘等复杂型腔类零件的电极运动轨迹搜索。

桌面式电火花加工机床数控系统硬件设计

针对桌面式电火花加工机床数控系统的兼容性和加工放电要求,课题组设计了一款基于ARM和现场可编辑门阵列(field programmable gate array, FPGA)的电火花加工机床数控系统硬件平台。该平台任务分配均匀合理,以ARM处理器为核心搭建上位机,移植Linux系统进行多任务处理、人机界面、插补运算等任务;以FPGA为核心搭建的下位机系统负责运动控制、放电脉冲控制、辅助模块控制等任务;硬件平台的搭建采用了核心板+基板的方式并采用以太网口进行通信。试验结果表明该硬件平台搭建的数控系统可以较好地完成电火花小孔加工。该研究提供了一种移植性好、迭代升级成本低、适配多种脉冲电源的电火花加工机床数控系统硬件平台设计方案。

高品质大深径比微孔电火花加工研究现状

针对大深径比深微孔加工面临单一维度下大深径比高导致的排屑难等问题,综述了利用电火花技术加工深微孔的方法及演变。从工具电极的结构设计、运动规划和能场辅助方式等常用方法论述了目前电火花加工深微孔现状,同时介绍了提升深微孔加工表面质量的主要方法,最后探讨了当前电火花加工深微孔面临的瓶颈及未来发展趋势。

汽车花键轴冷挤压模具电火花加工过程的有限元数值模拟

该文通过有限元分析法,探究汽车花键轴冷挤压模具的电火花加工过程。在确定假设条件的基础上,使用ABAQUS软件的“热传递”模块构建有限元模型,将整个模型划分成若干个边长为10μm的正方形网格。模型材料选择为高温硬质合金,初始脉冲热能量为3.2×10^(10) W/m^(2),每1μs施加一次电脉冲。整个加工过程共计12μs,前10μs施加电脉冲,后2μs为停止施加电脉冲后的状态,观察整个加工过程中模型的温度场与应力场。结果表明,随着时间增加,温度场范围变大,在达到放电通道边界后模型温度断崖式下降,温度场分布有明显规律;随着时间增加,应力场范围变大,并且在第12μs时出现间断性最大应力点,应力场分布无明显规律。工件表面平均粗糙度为1.8μm,加工精度较高。

微细电火花加工中的放电能量分布研究

微细电火花加工技术已经广泛应用于精密制造领域,然而由于尺度效应的存在,其加工机理特别复杂,对于放电蚀除过程中的放电能量分布尚未明确。开展了微细电火花单脉冲放电实验,并考虑到熔化潜热和汽化潜热的影响,对传统的电热模型进行了修正,基于微细电火花的放电持续时间,计算了分布到工件中的能量分布比。结果发现,由于放电初期有相当一部分的放电能消耗于放电通道的形成,所以传入工件中的能量分数随着放电持续时间的增加而增大,在放电持续时间0.63~20.5μs时,分布到工件上的放电能量分数为7.1%~16.3%。伴随着放电持续时间的持续增加放电等离子体通道半径将会一定程度增大,放电等离子体通道半径随放电持续时间的变化范围是5.9~23.2μm。