基于响应面与狼群算法的电火花线切割加工性能与放电能耗建模及优化

结合电火花线切割加工绿色、精密、高效的发展趋势,提出面向加工性能与放电能耗的电火花线切割加工工艺建模与多目标优化方法。针对电火花线切割加工GH4169高温合金材料开展正交试验设计,以脉冲宽度、放电间隙、管数、加工限速为输入,以放电能耗EEV、表面粗糙度Ra和材料去除率MRR为输出,构建了电火花线切割加工性能与放电能耗多目标优化响应面模型,并采用改进的狼群算法对模型进行优化求解。优化结果与实验结果对比表明,Ra、EEV和MRR的平均误差均不高于10%,且随机优化实验结果优于75%以上的正交试验设计的实验结果,验证了优化模型及求解方法的有效性。

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。

电火花加工单脉冲放电通道直径扩展规律研究

电火花加工的加工表面是由一系列的脉冲放电凹坑叠加而成的,因此研究单脉冲放电通道直径的扩展规律,对研究电火花加工的工艺规律以及加工表面质量预测等具有非常重要的意义。研究脉冲放电通道的形成与扩展机理,讨论电压、极值电流、脉宽等放电参数对放电通道直径扩展的影响,并根据理论推导建立了单脉冲放电通道直径扩展的数学模型。以煤油作为电介质工作液开展了单脉冲放电试验,使用超景深显微镜对单脉冲放电凹坑的直径进行了测量,并把测量得到的单脉冲放电直径数据代入建立的数学模型进行回归求解。回归公式的计算值与试验测量得到的单脉冲直径数据吻合度较高。

非导电工程陶瓷电火花单脉冲放电加工实验研究

提出了一种非导电工程陶瓷电火花磨削新工艺,为了对该工艺的加工机理有更清楚的了解,在非导电工程陶瓷工件表面进行了片电极尖端单脉冲放电的实验,测量了放电间隙大小并分析了其变化规律,给出了放电蚀除坑的形状,研究了各种参数对放电蚀除坑大小的影响关系,根据放电后电极的形状,分析了放电的极性效应和放电通道的状态。

电火花单脉冲放电加工的电热模型与实验研究

为了探索电火花放电加工过程中的材料去除机理,以均匀热源模型为基础,建立了单脉冲电火花加工铝合金6061的温度场的电热模型。利用ANSYS软件仿真获得了单脉冲放电产生的温度场,分析了熔融凹坑的直径、深度和体积随不同脉冲宽度的变化趋势。进行了电火花单脉冲放电加工实验,模拟计算结果和试验结果基本吻合,表明该电热模型可以比较准确地预测电火花单脉冲放电加工的温度场分布,为进一步预测电火花连续脉冲放电加工的温度场分布情况打下基础。

气中微细电火花沉积加工的单脉冲放电过程热力学仿真(英文)

建立气中微细电火花沉积加工过程电极材料的热物理模型。利用有限元分析软件ANSYS对单脉冲条件下的工具电极和工件的瞬态温度场进行数值模拟,分析热源形式、初始边界条件和放电能量分配对工具电极和工件材料蚀除形式的影响,并预测适合微细电火花沉积加工的工艺参数。采用仿真预测得到的工艺参数,在高速钢工具表面稳定沉积出直径约200μm、高度约1.2mm的微圆柱结构。对沉积材料微观组织结构的测试分析表明,沉积材料与基体结合紧密。工艺实验和测试分析证明了所建立的微细电火花沉积加工过程的单脉冲放电热物理模型和有限元求解过程的正确性。

金刚石砂轮金属结合剂的气中单脉冲电火花放电去除机理

针对金属结合剂金刚石砂轮修锐困难的问题,提出采用气中电火花接触放电修锐的方法。为有效地实现微细金刚石砂轮的修锐,建立单脉冲电火花放电去除加工的试验系统,研究金属结合剂的气中和液中电火花放电去除机理。在试验研究中,主要分析无负荷电压和放电极性对脉冲放电电流、脉冲放电间隙、脉冲放电去除量、电极磨耗比等的影响。结果表明,正极性不易发生短路现象,而且气中的脉冲放电间隙小于液中的1/3-1/2,适应于微细金刚石砂轮的修锐。此外,在气中放电中存在由绝缘破坏引起的火花放电向附有电弧柱的电弧放电转变的临界无负荷电压,且电火花放电的去除量可以明显小于电弧放电的去除量,但是当无负荷电压小于某一定值时电极消耗比会快速增加。修锐的试验结果显示,利用气中单脉冲电火花放电去除加工条件可以实现金属结合剂微细金刚石砂轮的修锐,产生较好的砂轮出刃形貌,改善磨削表面质量。

电火花线切割工艺加工钼铜钨铜载体初探

钼铜钨铜材料的载体,由于孔隙率极低,在热沉制作和电子封装领域应用越来越广泛,但由于载体材料硬度高、厚度尺寸小等特点,传统机械加工方法无法对其进行有效加工。电火花线切割类非接触式特种加工方法为该类材料的顺利加工提供了解决方案。电火花线切割加工技术是一种通过在工具电极与工件之间施加电压,利用两者之间的脉冲性火花放电能量来蚀除工件表面多余的金属,从而使工件得到所需的形状、尺寸精度、表面质量的技术。分析钼铜钨铜材料特性,针对性寻求相应的线切割方案,设计相关加工实验,探究整体工艺方案和工艺参数,加工出符合技术要求的产品。这种加工方式为后续开展钼铜钨铜载体更高效、更高精度的加工提供了宝贵的参考。

正交磁场对电火花单脉冲放电间隙的影响

通过普通电火花单脉冲放电(EDM)与磁场辅助电火花单脉冲放电(MF-EDM)放电间隙对比试验,分析得出不同磁感应强度、开路电压、放电电容及电极外伸端长度对磁场辅助电火花加工放电间隙的影响规律。试验发现:随着磁感应强度的增大,放电间隙增大;开路电压和放电电容对放电间隙的影响较小;随着电极外伸长度的增大,放电间隙变小。最后对试验数据进行部分析因分析,得出磁场辅助电火花加工中影响放电间隙的主要因素为磁感应强度、电极外伸长度及其交互耦合作用。

单脉冲电火花加工温度场的有限元分析

建立了电火花单脉冲加工的物理模型,利用有限元方法模拟了放电加工的电热过程,并对放电后电极与工件的温度场进行了分析,同时探讨了在电火花加工理论研究中引入有限元法的意义.

单脉冲电火花加工电源的设计

单脉冲放电对电火花放电加工机理的研究具有重要的意义,通过对单脉冲放电凹坑的研究可以定性或是定量地分析蚀除率、表面粗糙度与电参数的关系。适合于课题研究目的的单脉冲放电电源是对单脉冲电火花加工机理深入分析的关键,详细地介绍了一种实验室单脉冲电源的制作方法。

电火花放电加工形成复合放电脉冲的数字方法

小电流的高压放电脉冲和大电流的低压放电脉冲以适当的方式复合进行电火花脉冲放电加工,加工过程稳定,且脉冲击穿率与利用率较高,是一种效果较好的电火花脉冲放电加工方法。该文介绍了一种利用可编程定时器件8253和少量逻辑电路器件巧妙地得到高压放电脉冲和低压放电脉冲控制信号,通过功率放大在加工间隙上获得高压放电脉冲与低压放电脉冲进行电火花脉冲放电加工的方法,通过改变程序可以获得高压放电脉冲超前叠加低压放电脉冲或者高压放电脉冲包络低压放电脉冲等复合形式,而且还可以准确地改变复合时间参数。文中分析了方法组成电路和实现原理,具有结构简单的特点,极具实用价值。

基于单脉冲放电的微细电火花磨削聚晶立方氮化硼的研究

聚晶立方氮化硼(PcBN)是一种具有较高的硬度、较高的耐磨性和良好的化学稳定性的高温高压合成材料,其符合现代先进切削技术“高效率、高精度、柔性、绿色”的基本特点,被广泛应用于黑色金属切削加工工具领域。电火花放电磨削是加工聚晶立方氮化硼刀具有效的方法之一,特别适合于加工复杂形状和薄刃PcBN刀具。单脉冲放电磨削是研究电火花放电磨削加工机理的基础之一,是研究微尺度放电磨削的有效方法。文章在自主研发的单脉冲放电电源装置上开展试验,选择2μm粒度、90%cBN含量的PcBN复合片作为被加工材料,研究了单脉冲放电腐蚀坑的形貌及放电参数与材料去除率的关系,如腐蚀坑半径、腐蚀坑深度和深径比等。实验结果表明:随着脉冲持续时间的延长,放电腐蚀坑的半径和热影响面积先是快速增加,然后缓慢增加,最后趋于稳定;腐蚀深度一般在0.2~0.5μm范围内平缓变化,脉冲持续时间对放电腐蚀坑深度没有明显影响。随着脉冲持续时间的延长,腐蚀坑半径与深度之比在13~20范围内发生变化,基本呈现下降趋势。

孚尔默(太仓)机械有限公司 VHybrid 260磨削和电火花放电加工机床

VHybrid 260磨削和电火花放电加工机床是孚尔默一款新品,此次展会在中国市场的首次公开亮相,开创性地将刃磨机床和电火花加工机床融为一体的VHybrid 260,可以在一台机床上同时实现两种加工工艺,且能在短时间内进行灵活切换,提高用户的生产效率。同时,得益于孚尔默研发的高性能放电发生器,VHybrid 260的电火花加工可以使工具表面质量达到0.05μm/Ra。

压电自适应脉冲式电火花加工放电通道粒子流场模拟

压电自适应脉冲式电火花加工是一种新型电火花加工方法。通过分析放电通道的形成过程,采用PIC/MCC相结合的方法,对压电自适应脉冲式电火花加工放电通道进行了微观粒子模拟,得到带电粒子(电子和正离子)在放电通道内的分布规律。仿真结果显示放电通道位形呈腰鼓状,通道中任意横截面带电粒子的空间分布符合高斯分布,为电火花加工温度场仿真中放电通道内高斯热源模型的建立提供了理论依据。放电通道模拟对电火花加工机理的研究具有重要意义。

微尺度条件下的单脉冲电火花放电特性

借助高频微能脉冲电源研究了微尺度条件下单脉冲电火花放电加工的材料去除特性及放电特性,对放电能、放电凹坑半径及热影响区半径进行了统计分析,并讨论了其随放电持续时间的变化趋势。结果表明:放电维持电压、放电电流与放电持续时间和开路电压无关,单个脉冲的放电能量与放电持续时间成正比;随着放电持续时间增加,放电凹坑半径先迅速增大后缓慢增大,最后趋于平缓,热影响区半径先迅速增大后持续缓慢增大。研究结果具有一定的应用价值。

一种电火花加工单脉冲电源的研制

电火花加工过程可以认为是由连续的单个脉冲放电累加形成的结果。在电火花加工过程中,单个脉冲放电可以体现等离子体的精确性,通过研究单个脉冲的放电特点能方便分析放电蚀坑的特性,从而有利于利用单脉冲放电特点了解电火花加工过程,因此,研究单脉冲电源具有重要的作用。以AT90S8535单片机为核心芯片,完成用于电火花基础研究的独立式单脉冲电源的设计,主要介绍电源的主振控制电路、功率开关驱动电路以及检测电路的设计。在空气介质中进行单脉冲放电试验,获得了脉宽为5、50、180、400和800μs的放电电压波形,验证了脉冲电源设计的合理性。该脉冲电源可用于电火花单脉冲加工基础研究。

单脉冲超声辅助电火花加工温度场仿真分析

从单脉冲放电粒子能量和放电蚀坑两个方面,分析了超声振动对电火花加工的影响效果。根据Ansys仿真分析结果,在单脉冲放电情况下,放电蚀坑的深度和半径随峰值电流和脉宽的增大而增大。但是,峰值电流相对于脉宽对放电蚀坑尺寸的影响作用更大。因此,在超声辅助电火花加工中,可采用偏大的峰值电流和偏小的脉宽,提高加工效率。

电火花单脉冲放电实验研究

单脉冲放电过程是电火花放电加工的基础,借助脉冲个数和脉宽参数均可调的脉冲电源在不锈钢和紫铜两种材料的工件上进行了电火花单脉冲放电实验,对单脉冲放电蚀除的特征和规律进行了探索研究。对单脉冲放电蚀除凹坑尺寸的统计与分析结果表明:正极性加工得到的凹坑较大且形状规则,单脉冲能量较小时,凹坑直径深度比更大,能量利用率更低。

放电通道的波动性与电火花加工机理

基于放电通道的波动特性 ,并考虑放电通道中等离子体的双极扩散效应 ,对电火花加工机理进行了研究 .指出放电通道的波动可以分解成纵波和横波 2个分量 ,并分别分析了短、长脉冲加工时横波和纵波对材料蚀除的不同影响 .提出放电通道位形和位形平衡的概念 .根据计算机仿真实验 ,得出了短、长脉冲加工时瞬时放电通道半径、放电通道位形半径以及最终放电痕半径三者之间的关系 .