基于能量检测的微细电火花深小孔加工电极损耗研究

发布时间：2020-05-04 20:37

【摘要】：以航空发动机气膜冷却孔为典型结构的难加工材料微细深小孔加工技术严重制约我国空天装备性能的提升,而微细电火花加工技术具有加工精度高、无显著作用力、不受材料力学性能限制等优点,在难加工材料微细深小孔加工中具有独特优势。微细电极损耗是影响微细电火花深小孔加工精度的重要因素,而间隙放电有效能量是决定微细电极损耗量的关键因素。因此开展基于能量检测的微细电火花深小孔加工电极损耗的研究,对提高微细深小加工精度和指导实际加工具有重要意义。为更好的实现钛合金微细深小孔高效、高质量、低损耗的加工需求,对微细深小孔加工参数组合方案进行了研究。基于单因素变量法对RC、TC和TR电源3种微能脉冲电源加工参数对加工性能指标的影响规律进行了分析,得到在加工效率相近的情况下,TR电源具有更小的放电间隙、更低的电极损耗量和更佳的孔口质量,选择TR电源作为加工电源并确定了加工影响参数及其可加工参数范围;基于正交实验法开展加工参数优化实验,综合平衡各加工参数对多个加工性能指标的影响,确定了钛合金微细深小孔加工参数组合优方案。为实现微细电火花加工间隙放电有效能量的准确采集与计算,搭建间隙放电有效能量检测系统。建立了以LabVIEW为数据采集程序开发环境的间隙电信号高速采集系统,实现了间隙电信号高速同步采集;通过能量检测模块程序设计实现了火花放电状态识别、间隙放电功率和间隙放电有效能量的准确计算;通过实验方法将能量检测系统计算结果与真实间隙放电有效能量进行了对比,验证了搭建的间隙放电有效能量检测系统的准确性。在加工参数选择和能量检测系统搭建完成后,开展基于能量检测的微细深小孔加工实验研究,分析了电极在形成稳定损耗前的大进给量分段盲孔加工阶段、形成稳定损耗后的通孔连续加工阶段和小进给量分段盲孔加工等不同加工阶段下的微细电极损耗与间隙放电有效能量的对应关系。电极端部形成稳定椭圆弧形前,随间隙放电有效能量的增长,微细电极轴向损耗加剧;形成稳定椭圆弧形后,通孔连续加工和单孔分段盲孔加工阶段中微细电极轴向损耗量随间隙放电有效能量均匀增长;并开展了微细电极损耗温度场仿真研究,得到了电极端部不同位置单次火花放电凹坑尺寸的变化规律,分析了电极前端形貌形成稳定状态的原因。
【图文】：

形貌,深小孔,深小孔加工,深径比

关键技术基础”，项目编号为 ZD2019E005。本文主要针对基于能电火花深小孔加工电极损耗规律进行研究，获得间隙放电有效能电极损耗形貌演变规律及两者的对应关系等。题研究的背景和意义着我国经济社会的高速发展及制造行业的快速进步，微细深小孔普遍使用，对难加工材料的微细精密部件加工技术的提升也日益构微小的孔径尺寸，使得一般情况下微孔的深径比较大成为微细用高强度、高硬度等的难加工材料[1]，加工困难。微细深小孔结构各业，，如涡轮叶片冷却孔、柴油机喷油嘴偶件喷油孔、医疗器械3]，气膜冷却孔是其中典型结构之一，如图 1-1 所示。随着军用飞来越高，涡轮叶片对其上冷却孔的加工技术要求也日渐提升，其劣会对工作效果[4]和叶片的寿命周期产生很大影响[5]。此类结构在极广泛，数量众多的微细深小孔孔径在 100μm 以下且深径比大于深小孔加工技术是提升空天装备性能的重要发展方向之一。

超声振动,加工孔,内表面,钻削

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文大学的 Schordereta 等人[12]使用超声钻削在玻璃和红宝石上加和 200μm、深 300μm~1000μm 的微孔，但在加工部分直径 1了刀具断裂。清华大学的李兆光等人[13]用直径 0.05mm 硬质合材料上加工出直径 0.05mm，深径比 10 的微细深小孔，但存在，且入口端圆度优于出口端。长春理工大学的王晶东等人[14]使钻削技术在 30CrNiMo8 不锈钢材料上实现了直径 0.1mm，长径深小孔加工，超声振动辅助高速钻削加工效果如图 1-2 所示。钻头不易制造、工具与工件间的机械力极易造成工具折断和磨证精度和顺利钻削对主轴转速有较高要求等问题使钻削技术实工存在诸多束缚。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V261.6;TG661

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