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。

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。

短电弧车削蜂窝环重铸层影响实验研究

蜂窝密封结构是当代航空发动机的先进高效密封结构,传统加工难以满足其加工质量要求,且一般电加工效率低,因此选择短电弧车削。针对材料为GH3536的蜂窝密封环进行实验,为研究不同参数对其加工后重铸层的影响,设置单因素试验,以重铸层厚度和微观形貌作为检测指标,分析电流及电压波形图、工件表面扫描电镜图、截面金相图和表面能谱图。结果证明:重铸层厚度随电压和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,多槽挡板电极可以得到更好的冲液效果,重铸层更薄且表面质量更好。因此,适当降低电压和进给速度、提高工件和电极转速,以及采用多槽挡板电极,可减少微裂纹、冲蚀凹坑、褶皱和熔滴颗粒等现象,提高工件表面质量,降低重铸层厚度。

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。

TC4钛合金短电弧钻孔工艺性能研究

为了提高小孔钻削的加工效率和尺寸精度,文章提出了一种新颖高效的管电极短电弧钻孔方法。然而,由于电弧放电能量过大与进给速度不匹配,使得高效、高尺寸精度的小孔加工困难重重。文章揭示了基于脉冲电源的短电弧钻孔的工作原理,分析了SEAD的电压电流波形和截面形貌。此外,还研究了不同电极极性、电压、脉冲频率、占空比和电极进给速率对材料去除率(MRR)、电极相对磨损比(REWR)、平均直径和锥度的影响。最后,通过工艺参数优化实验,得到了小孔SEAD参数的最优组合,验证了小孔SEAD的加工性能。实验结果表明,在最佳加工参数下,小孔SEAD的材料去除率最高,为84.51μm/s,电极相对磨损比较低,为29.34%。加工小孔的最小平均直径和锥度分别为698.49μm和0.001 1°。

Ti-6Al-4V钛合金超声振动辅助短电弧复合加工实验研究

针对普通短电弧加工排屑不畅引起的电极和工件之间形成颗粒桥造成短路、局部放电和二次放电等非正常放电现象,提出一种超声振动辅助短电弧加工的新方法来改善工件加工质量。通过实验对普通短电弧和复合加工后工件宏观特征和微观形貌进行对比。采用超景深显微镜、电子扫描显微镜等对加工后的表面形貌、粗糙度和元素能谱进行检测分析。结果表明:两种特种加工技术耦合后的工件表面形貌发生了变化,其表面纹路在超声作用下呈现无序化、均匀化,电蚀凹坑和表面微裂纹数量显著减少,重铸层厚度深铣削加工下从93.06μm降低至25.39μm,表面粗糙度降低16%以上,同时材料表面元素发生了改性。这为短电弧技术改善加工质量、材料改性、技术耦合的发展提供了一种新的思路。

短电弧磨削蜂窝环热源公式研究及温度场仿真

为预测不同电压下常规短电弧磨削蜂窝环加工深度的影响,对短电弧磨削蜂窝环温度场仿真热源公式进行了研究。针对热源系数与电压的关系,通过ANSYS软件研究得出的热源公式,并对短电弧磨削蜂窝环温度场仿真。研究了适用于不同电压下短电弧常规磨削蜂窝环的热源公式,通过温度场仿真结果,分析了不同电压磨削蜂窝环的温度分布及变化趋势。结果发现:得出的热源公式适用于不同电压下短电弧磨削蜂窝环加工的温度场;仿真温度云图的变化规律以及分布情况符合短电弧磨削加工的实际情况,仿真结果误差在5.9%以内,吻合度较好,为预测加工深度提供了理论依据。

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。

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。

工艺参数对短电弧铣削7075加工性能影响的研究

航空铝合金7075强度高和材质轻等特点,使其在五金、航空、军事、汽车等领域得到了普遍应用。然而,在机械加工中存在变形和材料损耗大等问题,加工难度较大。短电弧铣削技术能实现其高效高质加工。为探究不同参数对其加工质量的影响,通过单因素短电弧实验,研究表明:主轴转速、脉冲频率与材料去除率、相对电极损耗率和表面粗糙度呈负相关,主轴转速500r/min存在最大去除率、电极损耗率和表面粗糙度。电压、占空比与材料去除率、电极损耗率和表面粗糙度整体呈正相关。电极损耗率与材料去除率和表面粗糙度正相关。

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。

基于温度场的C/SiC复合材料短电弧放电加工等效热源研究

针对C/SiC复合材料放电加工仿真普遍采用高斯热源,忽略间隙弧柱热效应的问题,文章以放电过程的热效应进行两部分等效。采用椭球体热源等效电弧弧柱,高斯面热源等效工件表面热效应,从平行和垂直于碳纤维两个方向进行温度场仿真,对比传统高斯热源与等效热源,并通过实验进行验证。结果表明:运用新型等效热源仿真,得到的凹坑尺寸比传统高斯热源更加接近实验加工的尺寸,预测精确度提高20%。

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。

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。

短电弧加工技术研究中的关键技术问题分析

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很清楚,技术工艺方法还不够先进等现实问题。为此,针对短电弧加工技术研究中涉及的关键技术提出问题并对问题进行初步分析。

电极材料对直流短电弧铣削Ti2AlNb加工性能影响的实验研究

Ti2AlNb作为一种新型航空发动机关键材料,由于其高强度、刚度和蠕变抗力,使得它成为一种难加工材料。短电弧铣削(SEAM)是一种新型高效的放电加工方法,具有不受材料的硬度、强度和韧性制约等优点,已经成为难加工材料一种重要加工方法。文章以Ti2AlNb实验对象,采用钨铜和304不锈钢作为电极材料,使用直流电源研究了不同电压下SEAM的加工机理,分析了工件材料去除率(MRR)、表面粗糙度(Sa)、相对工具电极磨损率(RTWR)。此外,还对加工后Ti2AlNb的表面形态、元素分布和显微硬度进行了研究。实验结果表明,24V电压下,钨铜电极与304不锈钢电极相比,MRR最高,为1981mm^(3)/min;RTWR最低,相对电极损耗仅为0.82%。工件截面轮廓宽度尺寸绝对差异最小以及工件再铸层硬度接近母材硬度,有利于进一步加工。