超声辅助电火花加工装置的研制及其振动特性研究

针对电火花加工过程中排屑不畅及容易拉弧、短路的问题,提出了基于工具电极振动的超声辅助电火花加工方案。设计了超声辅助电火花加工装置的结构形式,通过APDL建立有限元模型进行模态分析,确定出使用夹心式压电换能器的轴向纵振模态,着重探究了干模态和湿模态对谐振频率的影响;随后进行谐响应分析,研究激励电压频率对振幅输出特性的影响规律;最后进行了装置的制造及装配,测试了其阻抗特性及振型,并最终标定出其电压-振幅输出曲线。基于平台开展了电火花试加工实验,验证了超声辅助电火花加工方案的可行性和有效性。

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。

基于灰色关联分析的纵扭超声辅助对电火花微孔加工影响评价

TC4钛合金是航空航天领域经常加工的材料,由于其难切削的特点通常使用电火花进行加工,但存在加工效率与废屑排除的问题。纵扭超声振动可以有效优化如上弊端,但目前没有严谨定量的科学分析证明纵扭超声辅助对电火花加工的优化程度。因此提出纵扭超声辅助电火花放电能量模型,阐明放电机制以及放电能量的影响因素;设置单因素试验和正交试验,通过显著性T检验探索纵扭超声振动对电火花加工的影响程度,通过建立灰色关联分析模型分析电参数的影响权重并选出最优参数组,最后通过打孔试验验证了选优结果的正确性。研究结果表明:峰值电流和脉冲宽度对加工效率和质量的影响较为明显,引入纵扭超声振动明显改善了电火花加工性能,最优峰值电流从2 A提升至3 A,脉冲宽度从125μs提升至150μs,材料去除率提升了83.8%,相对电极损耗率、孔锥度和表面粗糙度分别降低了33.7%、22.3%和16.4%。

工作液超声振动辅助电火花小孔加工装置设计与试验

电火花加工小孔存在电蚀产物排出效率低导致加工效率低、电蚀产物排除导致二次放电现象影响加工精度等问题,而超声振动在工作液中产生空化效应和泵吸作用,能大幅提高电火花的排屑和消电离能力,进而在很大程度上减少上述问题的发生。设计一套工作液超声振动辅助电火花小孔加工装置,主要包括主轴系统、微三维运动平台、超声振动工作液槽和数据采集系统,其中主轴系统包括NSK电主轴、引电结构、工具电极装夹结构,可以实现工具电极的高速旋转;基于LabVIEW开发了电火花小孔加工控制系统,主要包括初始化模块、粗定位模块、恒电压对刀模块、实时电压分段控制加工模块和实时显示模块。开展了工作液超声振动辅助电火花小孔加工试验研究,试验结果表明:随电火花加工电压的增加,工件材料去除率和电极损耗率都趋于增大。

超声辅助混粉电火花加工7Cr13Mo钢试验研究

目的 利用超声辅助混粉电火花加工(Ultrasonic-assisted Powder Electrical Discharge Machining,US-PMEDM)对7Cr13Mo钢进行表面改性研究。方法用US-PMEDM和传统电火花加工(Electrical Discharge Machining,EDM)对7Cr13Mo钢分别进行表面改性研究。采用扫描电子显微镜(SEM)对试样表面的表面形貌和重凝层进行分析,用TR200粗糙度测量仪和FM800型显微硬度仪分别测量加工试样的粗糙度和表面硬度。结果和常规电火花加工相比,US-PMEDM加工表面更加平整,裂纹减少。随着脉冲宽度的增加,放电凹坑变得大而浅,当脉冲宽度增加到120μs时,裂纹数量增加。随着峰值电流的增加,US-PMEDM重凝层的连续均匀性变差,但随着脉冲宽度的增加,重凝层更加致密、均匀,与基体结合良好,厚度增加到10.30μm以上。US-PMEDM加工表面粗糙度随脉冲宽度和峰值电流的增加均增加,与电火花加工相比,相同放电参数下,其表面粗糙度降低,最大降低40%左右。随着峰值电流的增加,US-PMEDM的显微硬度增加,随脉冲宽度的增加,其显微硬度先增加后降低。与电火花加工相比,US-PMEDM的显微硬度提高约50%。结论用超声辅助混粉电火花复合加工改善了放电环境,使表面质量和表面硬度均得到提高。

动态链接库在超声振动辅助电火花-磨削复合加工智能控制系统中的应用研究

在超声振动辅助电火花-磨削复合加工智能控制研究中,解决IPC与PMAC间的通讯问题对采用工业PC与PMAC的多CPU控制结构来实现开放式控制的系统而言是十分必要的。将动态链接库应用于超声振动辅助电火花-磨削复合加工智能控制系统,采用Windows平台下的编程语言VC++6.0,调用Pcomm32应用程序通讯驱动器中动态链接库的库函数,实现IPC与PMAC间的通讯功能。对实现大型的应用控制系统来说,此法简便,具有良好的开放性和扩展性,能满足开发要求;提高了系统开发效率,节约了系统资源。