电源类型对短电弧-电化学复合加工放电凹坑影响研究

放电凹坑大小影响着加工表面形貌的一致性,放电凹坑的凸起高度及凹坑表面的重铸层对加工表面质量有重要影响。文章基于短电弧-电化学复合加工方法,在直流与脉冲两种常用电源类型下对钛合金TC4进行单次放电实验,分析两种电源类型下的短电弧-电化学复合加工单次放电凹坑尺寸及影响规律;结合单次放电凹坑实验所采集到的波形与电弧放电过程仿真模型对电弧放电过程的等离子体放电通道变化进行研究。研究结果发现,直流与脉冲放电凹坑的尺寸与影响规律差异与电弧的断弧方式有关,不同的断弧方式对等离子体放电通道产生影响,直流电弧倾向于通过流体介质运动和极间距离改变进行断弧,而脉冲电弧通过脉冲后沿电压变化和极间距离改变进行熄弧。这两种断弧方式不仅影响了凹坑的尺寸形貌,也影响了断弧后的电化学腐蚀效果。

GH4169短电弧铣削加工碎屑颗粒特性研究

作为放电加工的产物,碎屑颗粒不仅可以反映放电间隙的状态,而且有助于了解材料的蚀除机理;因此,碎屑颗粒一直是电火花加工(放电加工)领域的研究热点。作为一种新颖、高效的电火花加工方法,短电弧铣削加工存在着排屑不畅和频繁短路等问题。基于上述问题,以碎屑颗粒作为研究对象,研究了加工后碎屑颗粒的微观形态特征,从放电能量角度出发,进一步探讨了不同的工件极性、电极材料、电压、占空比和频率对碎屑颗粒粒径分布的影响,并进一步总结了碎屑颗粒粒径分布对加工质量的影响规律,为揭示材料侵蚀机制、改善间隙排屑性能和提高加工过程的稳定性提供了指导。

工艺参数对短电弧-电化学复合加工表面质量的影响研究

针对传统短电弧铣削加工后表面存在热损伤层问题,在钛合金TC4上进行了短电弧-电化学复合加工试验研究,分析了短电弧-电化学复合加工的材料去除机制,并通过理论模型分析了影响复合加工快慢及表面质量的关键影响参数,即加工电压、工作介质电阻率和进给速度。通过单因素试验研究了关键参数对短电弧-电化学复合加工表面质量的影响。试验结果表明,利用短电弧-电化学复合加工底面间隙电化学效应可以很好地去除短电弧加工后表面热损伤层。在进给速度为4 mm/min时可以实现无热损伤层加工,加工效率为354 mm^(3)/min,加工表面粗糙度Sa为17.982μm。

基于电参数的GH4099短电弧铣削加工工艺研究

短电弧铣削加工作为一种新的放电加工技术,本质上是一种热加工,其对镍基高温合金的加工具有很大优势。为探究短电弧铣削加工GH4099最优电参数工艺组合,创造性建立了GH4099短电弧铣削加工放电凹坑数值模拟模型,研究了电压、频率和占空比对放电凹坑形貌的影响规律,得出GH4099加工的最优电参数:30 V、1 kHz、60%,并通过设计实验,验证该参数加工下的工件材料去除率以及表面质量。这不仅可以实现GH4099材料的高效加工,而且能促进短电弧热加工理论的完善。

Inconel625合金和TC11合金的短电弧加工特性分析

利用短电弧加工系统对Inconel625合金和TC11合金在不同电加工参数下加工,研究了电参数的变化和电加工高温对该材料的加工性能、金相组织及硬度变化的影响。结果表明:该加工技术对两种难加工材料均具有较明显的去除率,高电压加工去除率更高,但加工表面较粗糙,而低电压加工会获得较好的表面质量。受电加工热能影响,材料金相组织均发生转变,晶粒细化明显,Inconel625合金形成318.6μm厚的热影响层,其硬度提升16.9%;TC11合金形成175.2μm厚的热影响层,其硬度提升32.8%,两种材料的性能变化均能满足后续的精加工要求。

不同空气流量下纯钨电极短电弧脉冲放电过程研究

为进一步探索空气中短电弧加工(short electric arc machining, SEAM)放电过程,揭示短电弧放电加工中凹坑形成和材料去除机制,以空气作为介质,探究0 L/min和20 L/min空气流量对电弧-熔池和材料去除过程的影响,并进行对比试验研究。结果表明,脉冲持续时间内,电弧经历快速膨胀、变形膨胀、稳定和熄灭4个阶段。在电弧膨胀阶段,材料以蚀除颗粒去除为主;在电弧稳定阶段,材料以熔融物与蚀除颗粒去除为主;在放电后续熄灭阶段,材料以熔融物去除为主。此外,连续脉冲放电中容易产生爆炸力,进一步增加金属材料去除量。提高空气流量可增大去除颗粒体积和抑制裂纹产生。

基于曲面响应法的短电弧磨削蜂窝环工艺研究

蜂窝密封结构是当代航空发动机的先进高效密封结构,传统加工难以满足加工质量的要求,需要采用短电弧加工技术加工此类零部件。为获得最优的加工参数,以重铸层厚度和微观形貌为指标,分析电流及电压波形、表面能谱、工件表面和截面形貌,并进行响应曲面分析。结果表明:对重铸层厚度和加工时间影响的显著性为:进给速度>工件转速>电极转速,重铸层厚度随进给速度增加而增加,随工件和电极转速增加而减小,且表面质量有相同的趋势。多目标优化获得最佳参数为:工件转速5.863 r/min,电极转速287.114 r/min,进给速度0.087 mm/min。因此,适当降低进给速度,提高工件和电极转速,可减少微裂纹、冲蚀凹坑和熔滴颗粒等现象,提高工件表面质量,降低重铸层厚度。

电极结构对短电弧-电化学复合加工深窄槽影响研究

深窄槽结构具有尺寸小、深宽比较大的特点,狭小的加工区域存在排屑不畅、散热效果差等问题。为解决深窄槽加工过程中排屑困难的问题,提出通过优化电极结构来提升深窄槽短电弧-电化学复合加工的稳定性。分别设计单孔、多孔及螺旋3种管状电极结构,对不同电极结构加工时的间隙流场状态进行仿真研究。对比不同电极结构极间介质流速与压力的分布状态,并对仿真结果进行实验验证,探究电极结构对短电弧-电化学复合加工性能包括加工效率、尺寸精度、表面质量等指标的影响。实验结果表明:螺旋电极结构相比于单孔电极和多孔电极更能改善极间的流场状态,在保证深窄槽尺寸精度的情况下提高了加工效率与表面质量。

Ti-6Al-4V短电弧铣削加工热源的有限元分析

为确定短电弧铣削加工的热源,选取高斯热源和均匀热源,以Ti-6Al-4V为工件材料,分别建立两种热源下的三维短电弧单凹坑有限元仿真模型。开展单脉冲实验,分析采集的电压、电流波形;观看高速摄像机拍摄的照片;对比超景深拍摄的单个凹坑尺寸、三维形貌、轮廓曲线,得出高斯热源更适合短电弧铣削加工。并在确定热源的基础上截取三维凹坑的二维截面,证明所建立的高斯热源模型是可靠的,能比较准确地模拟短电弧铣削放电凹坑形成过程。

脉冲电源下GH4099的短电弧铣削加工实验研究

GH4099作为航天中常用的难加工材料,传统加工不能很好地满足其加工需求,选择短电弧铣。削加工对GH4099开展加工实验。为探索GH4099短电弧铣削加工的最优参数组合,设计正交实验,以材料去除率(MRR)、相对电极损耗率(RTWR)以及表面质量作为衡量指标,采集加工过程中的电压电流波形,拍摄加工完的工件表面超景深图、微观形貌图以及截面金相图,并用X射线能谱分析工件表面元素,得出在电压为30 V、占空比为50%、频率为2.6 kHz、电机转速为900 r/min、冲液压力为0.3 MPa时可以保证GH4099高效加工的同时,也能使加工过程具有较低的电极损耗以及获得较为理想的表面质量。

基于曲面重构的三元流叶轮短电弧加工轨迹规划及试验研究

以具有复杂曲面特征的三元流叶轮点云为对象,以Matlab和UG/NX为平台,通过改进滤波算法对点云数据进行优化处理、模型型值点提取及复杂曲面拟合等过程实现叶轮的逆向重构。基于CC截面法结合短电弧加工特性,生成适用于短电弧加工的无干涉刀路轨迹,并最终在五轴短电弧数控机床上得到验证,获得了叶轮粗加工、半精加工阶段最优的工艺参数。

短电弧-电解复合加工深小孔间隙流固耦合特性研究

针对深小孔结构加工存在的质量要求高、孔径小、数量多、加工难度大等问题,提出了短电弧-电解复合加工深小孔的方法。短电弧-电解复合加工具有不受材料影响、加工效率高以及表面质量好等优点,但由于深小孔加工阴极柔性大,加工易震颤且电弧放电能量大会引起排屑不畅、短路、二次放电问题。针对上述问题,对短电弧-电解复合加工深小孔间隙流固耦合特性展开研究。从间隙流场角度出发,研究了不同进给速度以及不同加工深度下间隙流场的运动特性,并设计实验验证仿真结果。结果表明:在一定范围内,短电弧-电解复合加工进给速度越快,极间介质平均运动速度越快,颗粒分布越均匀,排屑效果越好,因此通过增加进给速度可以促进排屑,提高短电弧-电解复合加工的稳定性。

冲液方式对短电弧-电化学复合加工性能的影响研究

针对短电弧-电化学复合加工时内-外冲液方式存在的加工不稳定及加工效率低等问题,提出了一种更适用于短电弧-电化学复合加工的外气-内液冲液方式。在加工过程中通过侧面冲入高压空气,实现加工间隙内短电弧加工与电化学加工相结合的同时,改善了间隙流场分布,提高了短电弧-电化学复合加工效率及工件表面质量。基于Fluent软件进行内-外冲液及外气-内液冲液方式的流场仿真,分析了侧面高压气体的冲入对间隙流场分布状态及介质电导率的影响。通过对比实验研究了两种冲液形式下的材料去除率、单位能耗体积比以及表面热损伤层。结果表明,外气-内液冲液方式下的材料去除率(MRR)可以达到750 mm^(3)/min,相对于内-外冲液方式提高了1.9倍,单位能耗体积比仅有149.98 kJ/cm^(3),加工后工件表面无重铸层,尺寸精度也得到了较大改善,实现了材料的无重铸层加工。

基于BP神经网络和遗传算法的大功率脉冲电源优化设计

短电弧脉冲电源的性能指标对短电弧加工工件工艺性有着十分重要的影响.文中通过建立脉冲电源的Matlab仿真模型,利用模型仿真数据对电源神经网络模型进行训练,结合基于目标加权法的遗传算法对电源参数进行优化,指导短电弧样机电源参数的修改,并进行了启动性试验和负载突变试验.结果表明,采用BP-GA算法优化的短电弧电源不仅可以减少了系统调试时间、节约调试和试验成本,并且具有输出电压平稳,受外界干扰小,响应速度快等优点.

短电弧机床加工电源的反馈环路设计

为使短电弧加工过程中电弧放电通道更容易、有效地建立,使其电源电气特性满足试验要求,通过分析短电弧加工脉冲电源系统的增益特性,设计出满足短电弧加工试验所需的电源反馈环路,并建立基于Matlab的电源反馈环路仿真模型,通过仿真验证了设计的电源反馈环路具有输出电压平稳,受外界干扰小,响应速度快等优点,具有良好的可行性及稳定性.最后通过电源空载及短电弧切削加工试验,验证了设计的电源反馈环路能够满足短电弧加工试验所需要求,为短电弧加工机理研究提供了重要的技术支持.

基于ARM的短电弧机床加工脉冲电源设计

短电弧加工机理研究要求电源输出低电压、大电流,输出频率及占空比可调且能实时采集电源各输出参数。针对上述要求,设计了一种基于ARM的短电弧机床数字化电源。该电源由脉冲电压电路和数字控制电路组成,脉冲电压电路提供所需脉冲电压,数字控制电路为脉冲电压电路提供控制及保护信号。并设计了一种调压控制电路,该电路具有调压范围广,稳压效果好等特性。实验结果证明了该电源满足对短电弧加工实验研究的需要,为短电弧加工机理研究提供了重要的技术支持。

短电弧加工参数对钛合金TC4加工特性的影响研究

为研究钛合金TC4的加工特性,采用短电弧加工系统对钛合金TC4进行加工试验,确定短电弧加工参数对钛合金材料去除速率与加工表面质量的影响,在相同的加工条件下与不锈钢PH17-4试件进行了对比。采用正交试验确定影响加工表面质量的主次因素和最佳电加工参数,同时对电弧加工后的钛合金材料表面层进行了检测及分析。结果表明:短电弧加工钛合金TC4时,当放电间隙减小和电源电压增大时,金属材料的去除速率增大,加工效率提高,但工件的表面质量降低;当工件转速提高时,工件表面粗糙度值变化不明显,但材料去除速率增大;相同的加工条件下,其去除速率与表面质量均略低于不锈钢。影响钛合金TC4加工表面粗糙度的因素主次顺序为电源电压>放电间隙>主轴转速,最优加工方案为放电间隙0.3 mm,主轴转速118 r/min,电源电压10 V。加工后的钛合金材料表面层的机械性能及金相组织基本稳定,过热层厚度及硬度变化不明显,对后续的精加工不会造成困难,这为短电弧加工技术在钛合金材料加工方面的应用提供了一定的理论依据。

W-Cu电极材料的短电弧铣削加工性能试验研究

为掌握短电弧铣削加工工艺规律,应尽可能控制其加工效果,实现高效率、低损耗的目的,基于系统的工艺试验研究,选择W-Cu、石墨作为工具电极,开展不同电极材料对工作介质注入、蚀除物抛出、电能利用率影响规律的短电弧铣削工艺试验,获取各工艺参数对MRR、TWR、表面形貌和金相组织等评价指标的影响规律,并进一步解释其规律成因,发挥短电弧高效加工硬质合金的优势。

短电弧加工机床数控系统设计与实现

为解决高硬度、高强度难加工导电材料的高效去除加工难度、以及短电弧机床机理研究和数控化应用的需要,设计并制作数控短电弧加工机床。分析现有数控系统软硬件特点及类型,并针对短电弧加工机床的要求,研制开发一套开放式数控系统。实际运行结果表明,该系统达到了设计要求。

基于电火花加工机理分析的短电弧加工技术机理初探

短电弧加工技术在对特硬、超强、高韧性等难加工材料的高速加工方面具有突出的优良性能。针对目前短电弧加工技术工作机理还不清楚,技术工艺方法还不够先进等现实问题。本文通过对电火花与短电弧加工机理的初步探索,为短电弧加工技术的进一步研究提供了参考依据。