【摘要】：针对传统电火花加工中存在的材料去除率低及间歇通氧电火花诱导可控烧蚀加工EDM-I AM(Electrical Discharge Machining-Induced Ablation Machining)可控性及稳定性差的问题,本文提出了功能电极电火花诱导烧蚀加工方法,通过功能电极内部彼此独立的通道同时向加工区域通入氧气和工作液,利用两者的相互冲击作用,把氧气流分散成氧气泡并均匀分布于液体介质中,在两极间形成气液相间的燃烧氛围。利用电火花放电在电极表面产生的高温作为外部热源,点燃氧气泡中的工件材料,产生燃烧反应,消耗、熔化工件材料。烧蚀加工在电火花加工中引入金属燃烧产生的化学能作为新的加工能量,提高了电火花加工的材料去除率。本文设计并制造了钻、铣、车等加工方式的功能电极,构建了相应的电火花诱导烧蚀加工系统,进行了电火花诱导烧蚀加工的机理分析和试验研究;提出了烧蚀加工控制策略和控制方法,探索了功能电极电火花诱导烧蚀加工的工艺规律,通过对加工表面的修整和原位合成Ti N强化涂层获得良好的加工表面。具体工作如下:1.针对前期采用间歇式通氧电火花放电诱导烧蚀加工中燃烧反应不能连续进行、加工过程不稳定的缺点,设计制造了电火花诱导烧蚀钻、铣和车削功能电极,实现了氧气和工作液分别通过专用通道喷入加工区域,形成气液相间的燃烧氛围,满足金属在氧气中的燃烧条件,并通过调节氧气与工作液的比例控制燃烧反应的剧烈程度,实现了烧蚀加工的高效、可控、稳定进行。由功能电极系统、试验机床、电极旋转驱动系统、工作液循环系统和氧气供给系统构建了钻、铣、车削等加工方式的功能电极电火花诱导烧蚀加工系统并进行了烧蚀加工试验。2.对功能电极电火花诱导烧蚀加工机理进行了研究。使用功能电极极间介质模拟装置对极间介质分布和运动状态进行了模拟,研究了气液压力比对极间气液分布及运动规律的影响,分析了氧气泡对极间电场和放电击穿的影响。为研究电极结构、端面形状对燃烧蚀除的影响,采用不同端面形状电极进行单脉冲试验,研究了放电通道结构、放电坑直径变化及电极端面形状对放电通道迁移的影响规律,表明由薄壁管状电极组成的功能电极适合进行烧蚀加工;通过管状电极常规电火花加工和烧蚀加工的单脉冲试验,研究了燃烧反应的诱发机理,研究发现,燃烧反应是由放电蚀坑边沿诱发,由放电热加速表面氧化反应产生;电火花放电过程受燃烧反应影响很小,能够独立进行,在烧蚀加工中始终发挥着重要作用;燃烧反应被诱发产生后能自持进行,并自主传播,直至氧气耗尽。通过对电火花诱导烧蚀加工诱发机理及能量来源分析,发现烧蚀加工由电火花蚀除和燃烧蚀除两个相对独立的过程组成,其中电火花蚀除作为燃烧反应的外部热源,是燃烧蚀除的先导,当电火花放电诱导产生燃烧反应之后,二者保持相对独立,燃烧依靠自身释放的燃烧热,不断加热点燃周围工件材料,自主向外传播,直至氧气耗尽,而电火花蚀除在脉冲电源作用下,重复放电过程,蚀除工件材料并不断诱发燃烧反应。3.通过对烧蚀加工机理的分析,针对烧蚀加工由电火花蚀除和燃烧蚀除两个相对独立过程组成的特性,分析了烧蚀加工的控制因素,提出了控制策略,设计并构建了采用独立系统分别对电火花蚀除和燃烧蚀除进行控制的烧蚀加工控制系统。一方面,利用常规电火花加工控制系统实现对电火花蚀除和伺服进给的控制;另一方面,通过检测极间平均电压,实现对加工区域气液比例的控制,达到控制燃烧蚀除剧烈程度的目的。通过改变放电门槛电压,研究其对燃烧反应诱导作用的影响,结果表明常规电火花加工伺服控制系统能满足烧蚀加工的需要。通过极间气液压力比对电导率的影响试验,研究了极间平均电压反映气液比例的可行性,并进行不同气液压力比下的烧蚀加工试验,研究极间气液压力比、极间平均电压和烧蚀加工材料去除率的关系,实现了根据极间平均电压控制加工区域气液比例,进而控制燃烧蚀除的剧烈程度。4.研究了电参数(脉冲宽度、加工电流等)和非电参数(氧气压力、工作液压力、电极转速等)对功能电极电火花诱导烧蚀加工的影响规律。研究表明,烧蚀加工的材料去除率是传统电火花加工的数十倍,且具有明显的极性效应;烧蚀加工的材料去除率和表面粗糙度值与脉冲宽度、平均电流、气液压力比等成正比,与工件转速成反比。电极相对损耗与脉冲宽度、平均电流、气液压力比等成反比,与电极转速成正比;分析了烧蚀加工的材料去除率、电极相对损耗和表面粗糙度值的影响因素;通过试验,探索了材料特性对烧蚀加工的影响,研究了燃烧热熔比、氧化层特性对烧蚀加工性能的影响,并分析了电极相对损耗的影响因素;通过对钻、铣、车等加工方式的对比试验,研究了加工方式对烧蚀加工的影响规律。5.为提高功能电极电火花诱导烧蚀加工的表面质量,提出了能量逐次递减修整的方法,对加工表面进行修整。根据加工余量和烧蚀深度,采用按等差数列的方法选取加工参数,逐次降低烧蚀加工能量,用较小能量修整前一次表面,最终获得精修的目标面,从而在具有较高材料去除率的同时获得较好的表面质量;针对烧蚀形成的氧化层等缺陷,采用功能电极或柔性电极向加工区域通入氮气,利用电火花放电热使氮元素与钛材料发生反应,在加工表面原位合成Ti N强化涂层,改善表面材料成分和性能。研究表明,在加工表面原位合成的Ti N涂层厚度可达1mm以上,显微硬度可达1859.6HV,Ti N涂层与基体是相互渗透的冶金结合,结合强度好。因此,能够通过对烧蚀加工表面的修整和强化处理获得硬度高、表面质量好的加工表面。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG661
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 高上品;美国1999年电火花加工技术交流会暨展览会巡礼[J];电加工与模具;2001年02期
2 徐盛林;日本电火花加工技术的发展现状[J];电加工与模具;2001年03期
3 徐小兵,毛利尚武;日本电火花加工技术的发展动态[J];电加工与模具;2003年01期
4 任福君,李小海;电火花加工技术的新发展[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2003年01期
5 ;镜面电火花加工技术[J];机电工程技术;2004年05期
6 武同晖;智能化电火花加工技术[J];现代制造;2005年06期
7 曹凤国;张勤俭;翟力军;杨大勇;;国际电火花加工技术发展的五大趋势[J];电气制造;2006年03期
8 武同晖;;智能化电火花加工技术[J];电气制造;2006年03期
9 戴喜红;李文卓;;电火花加工技术的高效化研究进展[J];机械工程师;2007年02期
10 伍端阳;;高附加值模具的精密电火花加工技术[J];模具技术;2007年01期
相关会议论文 前10条
1 迟恩田;;电火花加工技术现状[A];陕西省机械工程学会第九次代表大会会议论文集[C];2009年
2 刘超;王斌修;;电火花摆碾加工工艺及损耗补偿研究[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
3 王振龙;夏良俊;赵万生;;半导体硅材料的电火花加工技术研究[A];第十届全国特种加工学术会议论文集[C];2003年
4 朱红钢;;电火花涂镍工艺[A];陕西省机械工程学会特种加工分会第八届学术年会论文集[C];2006年
5 梁锡昌;刘玉文;;硬齿面内齿轮电火花加工技术及进给系统模型的研究[A];第七届全国电加工学术年会论文集[C];1993年
6 李士英;;电火花超精镜面加工技术研究[A];第五届全国电加工学术年会论文集（电火花成型加工篇）[C];1986年
7 佟浩;王志强;张龙;李勇;贾维溥;;电火花伺服铣削高效加工工艺[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
8 曹凤国;孙琏妮;王燕春;李小兵;王建拓;黄建宇;何北星;;聚晶金刚石工具电火花加工技术的报告[A];第五届全国电加工学术年会论文集（电火花成型加工篇）[C];1986年
9 孙昌树;;电火花精密加工的技术分析[A];第五届全国电加工学术年会论文集（电火花成型加工篇）[C];1986年
10 叶军;;航空发动机零件小孔电火花加工技术的研究[A];2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
相关重要报纸文章 前1条
1 本报记者 赵宁;豪迈科技：研发创新确保产品高品质[N];证券日报;2011年
相关博士学位论文 前3条
1 徐安阳;功能电极电火花诱导烧蚀加工机理及试验研究[D];南京航空航天大学;2015年
2 黄河;基于内冲液旋转电极的电火花铣削机床与关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 高清;混粉准干式电火花加工技术研究[D];山东大学;2009年
相关硕士学位论文 前10条
1 施威;电火花单道扫描加工的脉冲积分作用机理与实验研究[D];中国工程物理研究院;2015年
2 李泽;电火花模糊抬刀控制研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
3 杨凯;喷雾电火花铣削加工技术研究[D];上海交通大学;2012年
4 胡燕伟;半导体晶体材料表面进电特性及电火花铣削加工研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 戴喜红;高效电火花铣削加工技术研究[D];中国石油大学;2007年
6 鹿昌剑;电解电火花复合加工在微细加工中的应用研究[D];南京航空航天大学;2012年
7 张t，
本文编号：2383115
