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集束电极电火花加工性能研究

李磊  
【摘要】:针对电火花加工中存在的成型电极制备成本高、周期长以及加工效率较低等问题,本文进行了集束电极及其电火花加工应用研究。探索了快速、低成本的成型电极制备方法,实现了粗加工时的材料高效去除。集束电极的成型原理为:把成型电极的三维连续表面离散化,用若干紧密排列的中空或实体棒状电极单元的端面拟合出复杂三维型面,从而获得近似型面的成型电极。集束电极制备策略不仅可大大降低电极的制备成本和时间,而且可有效提高电极材料的重复利用率。此外,其多孔结构可实现大流量多孔内冲液,能有效地改善加工时的极间放电状态及散热条件,允许施加更大的放电电流。 本文研究了集束电极的快速制备方法,设计并实现了用于快速组装制备集束电极的专用装置,制备了多种典型的三维型面集束电极,对电极表面制备精度进行了测量和分析,通过试验验证了其用于粗加工的可行性、经济性及高效性。 针对集束电极所带来的冲液方式的改变,对比传统冲液方式分析了多孔内冲液集束电极加工性能大幅提升的原因,考察了集束电极冲液参数对材料去除率和电极损耗比的影响,建立了影响关系的回归模型。 集束电极在难加工材料钛合金的电火花加工方面也表现出良好的综合性能。其强化的冲液效果可有效克服钛合金热物性对电火花加工带来的不良影响,使其加工稳定性和材料去除率得到显著提高,同时还可获得相对较低的电极损耗比。通过正交试验,建立了入口流速、峰值电流及脉冲宽度等主要加工参数对加工性能影响的模型。 通过考察铜、石墨材料的集束电极加工性能,分析工件、工具加工表面元素成分,发现集束电极的结构特点有利于发挥石墨电极材料熔点高、导热性好等材料特性,使得石墨电极不仅能承受大的加工电流,而且能保持较低的损耗比。对集束电极而言石墨是一种较为理想材料。运用方差分析方法,分析了主要加工参数对石墨材料集束电极的电火花加工性能及其影响因素。 研究中发现:采用大强度多孔内冲液时,集束电极电火花加工会在工件型腔边缘表面出现尾状放电痕。针对这一现象的成因进行了分析。结果表明,在较强的不均匀横向流体动力作用下,放电通道等离子体弧柱的动平衡被打破,从而沿工作液流动方向发生偏移,导致了尾状放电痕的形成。在此基础上,建立了主要加工参数与放电通道偏移的特征指标包括:尾状放电痕长度、放电电压攀升波形的上升段时间以及此类放电现象的发生频率等的影响关系回归模型。据此可以有效掌握放电通道偏移的发生规律。


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