关键词： 闭式整体叶盘   电火花加工   电极损耗预测   简化电极   群电极  

摘要： 闭式整体叶盘类零件在航空航天发动机中起着至关重要的作用,对于提升系统整体效率及提高发动机的可靠性具有显著的意义。由于闭式叶盘类零件的空间结构往往较为复杂,其流道弯曲扭转且半封闭的结构特点给此类零件的加工带来极大的挑战。实际经验表明,多轴联动数控电火花加工工艺具有工具电极可达性良好和加工精度高的显著优势,是完成闭式叶盘类零件加工的最佳方法。本文围绕闭式叶盘类零件的多轴数控电火花加工技术,从电极损耗预测、进给路径简化和群电极加工机理分析等几个方面展开研究。为了解决电火花加工过程中电极损耗预测的难题,通过系统地分析得到电极形面特征及进给方向与损耗量之间的关系,建立了实用的电极损耗预测模型。实验证明该模型能够准确预测成形电极形面损耗,为电火花加工中电极损耗预测提供了有效的方法。针对闭式叶盘类零件整体加工效率偏低的现状,从简化加工进给路径的角度出发,提出相应简化电极的设计方法,结合最优路径的动态规划,形成一套适用于电火花粗加工阶段的全新加工工艺。实际加工结果证明,采用该方法能使单一流道的加工效率提高25%以上。为了探究群电极工艺提高加工效率的根本原因,通过实验从微观放电机理的角度进行分析,证明电极数量的增加将提高电源有效脉冲利用率,并在此基础上提出群电极工艺中适当减小脉冲间隔的参数优化策略。在多轴联动电火花成形机床及CAD/CAM系统的辅助下,完成各类样件的工艺验证实验,证明了本文中电极损耗预测、简化电极设计和群电极加工机理分析的有效性及准确性。

关键词： 电火花加工   方孔   旋转电极   勒洛三角形  

摘要： 方孔结构具有较大转矩承载能力和高稳定性,在航空航天、汽车、船舶、石油和风电等工作环境恶劣对机械结构稳定性要求较高的领域被广泛采用。铣削、铸造等机械加工方法可以实现在普通材料上加工方孔,当需要在硬度大的材料上加工大深径比方孔时,通常采用特种加工方法。电火花方法常采用方电极加工方孔,加工时存在电蚀产物难以排出加工区域导致加工效率低、电极损耗大等问题。为提高电火花加工方孔的加工速度并减小电极损耗,本文提出一种利用旋转电极加工方孔的方法。将勒洛三角形作为电火花加工电极截面形状,分析勒洛三角形电极在与其等宽的方形约束孔中的运动形式,得到电极中心运动轨迹以及底面加工区域的形状和面积。根据分析结果研制方孔加工装置,完成加工装置零部件设计以及装配工作。使用加工装置加工出方孔证明利用旋转电极加工方孔具有可行性。将加工装置进行简化,在Adams/Views软件中建立简化后的加工装置数模,确定零部件空间位置并施加运动约束。利用运动轨迹仿真研究电极的长度、转速、形状精度、装夹误差以及导向机构约束位置对方孔形状精度的影响。根据电极在方孔中的转动运动,分析了旋转电极加工方孔时加工区域流场的变化规律,发现旋转电极加工过程中的转动对电蚀产物的排出具有促进作用。根据可行性实验以及运动轨迹仿真结果,对旋转电极方孔加工装置进行优化,提高了方孔的形状精度。在此基础上,通过单因素实验研究不同转速对方孔加工速度以及电极损耗的影响。设置旋转电极方孔加工方法和方电极方孔加工方法的对比实验,获得开路电压、伺服进给速度、检测阈值范围等加工条件对两种方法加工特性的影响规律。分别在两种加工方法最优加工条件下加工不同深度的方孔,发现随着加工深度的增加旋转电极方孔加工方法相比方电极加工方法在提高加工速度降低电极损耗方面的优势明显。

关键词： 表面织构   冲击滑动   激光加工   COMSOL Multiphysics   9Cr18  

摘要： 航空轴承长期工作在高速、重载、振动、高温等恶劣的工况条件下,保持架和套圈的引导面经常受到冲击滑动耦合作用,导致润滑油膜破损,带来材料表面的磨损失效,进而引起轴承整体寿命不足。表面织构作为一种可以有效降低摩擦副表面摩擦磨损,改善润滑状况的方法,已经受到国内外越来越多学者的关注。为此本文提出了轴承引导面表面织构化改善磨损性能的方法,开展了摩擦副织构表面动压润滑模拟仿真、9Cr18激光织构化的工艺试验研究及在冲击滑动工况下的摩擦磨损特性研究,探讨了表面织构对冲击滑动摩擦过程的影响,为表面织构应用于滚动轴承提供了基础。为了研究摩擦副织构表面动压润滑特性,利用COMSOL Multiphysics建立了表面织构的有限元仿真模型,设计了织构化参数(包括形状、宽度、直径、深度等)和工况参数(速度、润滑油粘度),分析了表面织构的动压润滑特性,探究了织构提高油膜承载能力的机理。仿真结果表明凹坑织构和凹槽织构分别存在最佳的深径比和深宽比使油膜承载能力达到最大;油膜的承载能力随着凹坑织构的直径、凹槽织构的宽度增加而提高;不同形式的凹槽织构对油膜压力影响不同,矩形凹槽承载能力较强。在理论分析的基础上,设计了9Cr18轴承钢表面织构化参数,利用紫外激光加工技术开展了成型试验研究。利用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜和微纳米力学测量系统对织构形貌及力学性能进行了检测。试验结果表明,紫外激光对9Cr18加工的机理主要以光热消融为主,加工出的织构的几何尺寸与激光在材料表面分布的能量有关。凹槽的宽度和深度随着激光功率增加而增大,随着重复频率增大而降低,在一定范围内,凹槽的宽度和深度随扫描速度降低而增加,速度降低到一定值后,宽度和深度不再增加;凹坑的直径和深度随激光作用时间增加而变大。为了模拟轴承引导面在冲击滑动作用下摩擦磨损性能,在9Cr18圆环内圆表面进行了激光织构化处理,利用自制的冲击滑动试验台进行了富油和断油状况下的冲击滑动试验研究,对试验后的磨损形貌进行了分析,探索了冲击滑动工况条件下表面织构的摩擦磨损特性。试验结果表明部分织构参数可以起到减摩作用,其他织构反而起到增大摩擦的作用,表面织构可以一定程度改善供油状况不佳时的润滑状态。

关键词： 电火花加工   微细电火花加工   尺度效应   材料微观结构   加工机理  

摘要： 微细电火花加工是为了适应市场对产品微型化及精密化越来越高的要求而发展起来的一种新型微细加工方法,是公认的极具发展潜力的微细加工技术之一。由于其特殊的非接触、电热加工机理,微细电火花加工技术适用于任何导电材料的加工而不受材料强度、硬度等力学性能的影响,所以特别适合于难加工材料、低刚度和薄壁工件、以及微轴、微孔、复杂微型三维结构的加工。然而,由于尺度效应的影响,许多在宏观电火花加工中没有显著影响的因素在微细电火花加工中不能再被忽略。由于工具电极尺度微小、放电能极小以及放电频率极高,相对常规宏观电火花加工,微细电火花加工表现出许多异常特性。所以,揭示微细电火花加工中尺度效应的作用机理及影响规律有助于更好地控制微细电火花加工过程,从而提高加工效率和加工精度。以放电持续时间为切入点,通过分析微尺度放电条件下的的液体介质击穿及放电通道扩展过程,建立放电等离子体模型。考虑到表面张力、粘性力以及磁箍缩力的作用,建立放电通道扩展加速度与其内部压强的关系式。理论分析结果表明,放电通道的内部压强、温度、电子密度和扩展加速度随放电持续时间的增加而降低,而放电通道的半径和扩展速度随放电持续时间的增加而增大,放电通道不断扩展并最终达到形位平衡状态。借助单脉冲放电实验开展对微尺度放电条件下的放电波形和放电凹坑形貌、尺寸的研究。极间介质状态变化及电极微观表面不平整等因素导致微尺度放电条件下的放电状态非常不稳定,单个脉冲期间可能出现多次放电,且放电并不总是持续到脉冲结束,这是导致微尺度条件下的电火花加工特性异常的一个重要原因。开路电压和放电持续时间对放电维持电压和电流基本没有影响,单个脉冲的放电能量和放电凹坑体积与放电持续时间呈正相关线性关系,通过放电维持电压与放电电流的比值估算出放电通道的电阻值在38～45Ω的范围内波动。通过分析放电凹坑半径和热影响区半径随放电持续时间的变化趋势发现,随着放电持续时间增加,经由热传导消耗的能量比例增大,电火花放电的能量利用率降低。通过回归分析得到放电凹坑半径和体积随放电持续时间变化的经验公式,为微尺度电火花加工放电参数的选择提供了理论依据。基于单脉冲实验结果,结合理论分析对微尺度放电条件下的放电通道的振荡特性进行了研究,形成放电通道振荡扩展理论。分析了放电通道横振和纵振作用对材料蚀除过程的影响,并代入相关实验参数,估算了放电通道的振荡频率,其值约为132.8MHz。基于放电通道徙动理论,建立单个脉冲放电的材料蚀除模型,分析发现,除了放电持续时间、电流密度、放电通道的振荡频率,电极材料的微观结构特性也会对放电凹坑的体积产生影响。通过计算放电通道中带电粒子的运动特性对放电通道的极性效应进行了分析,结果表明,由于放电间隙非常小,放电通道中带电粒子的运动时间远小于放电持续时间。电子的加速度和速度非常高,即使正离子的质量远大于电子的质量,轰击电极表面时,正离子的动能依然小于电子的动能,而且,相同时间内电子轰击正极电极表面的次数是正离子轰击负极电极表面次数的600多倍,因而,正极的材料去除量远高于负极。开展材料微观结构尺度对微细电火花加工性能的影响研究。分析晶粒尺寸、晶向以及晶体缺陷对材料微观物理特性及微细电火花加工性能的影响,并分别采用不同晶粒尺寸的304不锈钢、单晶硅和不同规格的多孔钢为工件开展微细电火花加工实验。研究结果表明,多晶材料的晶界包含大量会降低其热导率和熔点的杂质,而晶粒尺寸的减小伴随着晶界体积分数的增大,使材料的有效热导率和局部有效熔点降低,从而使微细电火花加工过程中有更少的能量消耗于热传导和熔化潜热,即能量利用率增大,进而引起材料去除率的增大;放电持续时间较短时,静电力、热应力和焦耳热在脆性材料去除过程中起到重要作用,微细电火花加工单晶硅时不仅存在热蚀除,还存在应力蚀除;由于各向异性的影响,微细电火花加工单晶硅时的表面粗糙度和材料去除率随着晶向的变化而变化;孔隙度和孔径尺寸的增大会引起材料有效热导率的降低,并有助于储存碎屑颗粒,减少异常放电次数,从而使加工状态更稳定,材料去除率增大,相对工具损耗率减小。开展了工具电极尺度和工件表面层对微细电火花加工性能影响的理论分析和实验研究。结果表明,在特定工具直径范围(100～500μm)内,由于面积效应的影响,工具电极直径的增大会引起实际放电能和放电频率的升高,材料去除率随之增大;工具电极直径的增大使集肤效应和面积效应的作用增强,从而导致工具电极的端面、棱角和侧面剧烈损耗,且侧面放电次数增加,相对工具损耗率和微孔锥形度随之增大;建立微细电火花加工中的表面层模型,分析发现,随着工件尺度的减小,表面晶粒层的影响增大;表面自由能越高,工件表面润湿性越好,越容易诱导放电,同时,好的润湿性还可以加速电极的冷却和极间消电离,进而改善放电状态,使材料去除率增大;由于未经表面处理的工件表面自由

关键词： 模具制造   特种加工   编辑部  

摘要： (1966年创刊双月刊)《电加工与模具》是我国特种加工和模具制造领域国内外公开发行的专业性技术刊物,以促进特种加工和模具制造领域科研、生产、教学的发展,推动行业的技术进步,提高广大读者的理论和业务水平为宗旨。《电加工与模具》主要报道内容为:特种加工(包括电火花加工、电化学/电解加工、超声加工、激光与高能束流加工、增材制造)和模具制造领域的设计研究成果、工艺应用技术、使用维修经验、产品开发信息和行业发展动态。

摘要： Carbon fiber-reinforced plastics (CFRPs) have gained widespread popularity as a lightweight, high-strength alternative to traditional materials. The unique anisotropic properties of CFRP make processing difficult, especially using conventional methods. This study investigates laser cutting by ablation as an alternative by comparing two near-infrared laser systems to a typical mechanical machining process. This research has potential applications in the automotive and aerospace industries, where CFRPs are particularly desirable for weight savings and fuel efficiency. First, a CNC mill was used to study the effects of process parameters and tool design on machining quality. Despite high productivity and flexible tooling, mechanical drilling suffers from machining defects that could compromise structural performance of a CFRP component. Rotational feed rate was shown to be the primary factor in determining the axial thrust force, which correlated with the extent of delamination and peeling. Experimental results concluded that machining quality could be improved using a non-contact laser-based material removal mechanism. Laser machining was investigated first with a Yb:YAG fiber laser system, operated in either continuous wave or pulse-modulated mode, for both cross-ply and woven CFRP. For the first time, energy density was used as a control variable to account for changes in process parameters, predicting a logarithmic relationship with machining results attributable to plasma shielding effects. Relevant process parameters included operation mode, laser power, pulse overlap, and cross-ply surface fiber orientation, all of which showed a significant impact on single-pass machining quality. High pulse frequency was required to successfully ablate woven CFRP at the weave boundaries, possibly due to matrix absorption dynamics. Overall, the Yb:YAG fiber laser system showed improved performance over mechanical machining. However, microsecond pulses cause extensive thermal da

关键词： Additive Manufacturing   Microwave Filters   NFMM   Fused Deposition Modeling   Square Open Loop Resonator  

摘要： 3D printable materials for RF devices need improvement in order to satisfy the demand for higher frequency and lower loss performance. Characterization of materials that have shown improvements of conductor conductivity have been performed. By using a laser machining technique the loss of a 3D printed 2.45 GHz microstrip Square Open Loop Resonator (SOLR) bandpass filter has been shown to improve by 2.1dB, along with an increase in bandwidth from 10% to 12.7% when compared to a SOLR filter that has not been laser machined. Both laser machined and microwaved silver inks have been mapped for conductivity using a Near Field Microwave Microscope (NFMM) and have shown improvement of conductivity compared to inks that have been cured using standard methods.

关键词： 电火花加工   温度控制   冷电极   电蚀坑   低损耗   仿形精度  

摘要： 电火花加工是一种不存在宏观力的特种加工方法,可以加工各种难加工材料、复杂形状零件和有特殊要求的零件。但是电火花加工也存在电极损耗大、加工过程不稳定、仿形精度低和加工表面质量差等缺点,尤其是加工比强度高、热导率低的难加工材料如钛合金时,缺点更明显。针对常规电火花加工过程中存在的问题,本文提出一种在工具电极上加装强制散热系统的冷电极温度控制加工方法,通过两极间不对称散热控制电极处于较低温度,使极间快速消电离,降低电弧放电概率,达到改善加工稳定性,降低电极损耗,提高仿形精度和表面加工质量的目的。本文主要研究内容如下:(1)设计冷电极结构和温度控制系统,设计搭建单脉冲放电试验平台。对热管型冷电极和半导体制冷片型冷电极装置进行性能分析,最终选择半导体制冷片型冷电极组成电极冷却装置。设计了电极温度控制系统,能够对电极温度进行有效控制。设计搭建了基于放电电流检测的单脉冲试验平台,为研究冷电极电火花加工材料蚀除机理奠定了良好的基础。(2)分析了电极温度对极间放电特性的影响。从理论上分析了电极温度对放电通道半径、电蚀坑半径和极间电子发射电流密度的影响,解释了冷电极对放电通道的压缩作用和冷电极低损耗和小间隙的特性。(3)仿真分析电极温度对极间温度场的影响,并通过单脉冲试验验证仿真结果。建立了电火花极间放电模型,利用ANSYS软件对不同电极温度下电火花放电极间温度场进行有限元分析。分析了电极温度对电火花加工材料蚀除的影响,仿真结果验证了冷电极低损耗特性。利用单脉冲试验平台进行不同电极温度下单脉冲放电试验,研究了电极温度对电蚀坑形貌的影响。(4)研究了电极温度对放电间隙的影响。利用单脉冲装置对极间放电间隙进行检测,并通过冷电极与常规电极成型加工对比试验,表明了降低电极温度可以使放电间隙变小,进而提高仿形精度。(5)对冷电极电火花加工的工艺性能进行对比分析。进行了冷电极与常规电极加工钛合金工艺性能对比试验,对放电波形、电极损耗、材料去除率、加工表面粗糙度和表面裂纹进行了对比分析,验证了冷电极加工具有电极损耗较低、加工稳定性较好、材料去除率较高和表面加工质量较好的特性。通过冷电极加工航空螺旋锥齿轮试验,验证了冷电极具有较高精度的复杂曲面加工能力。

关键词： 特种加工  

ISBN: (纸本)9787560643830

摘要： 本书共七章，主要内容包括概论、电火花加工的基本原理与设备、电火花加工工艺规律、电火花加工工艺及实例、电火花线切割加工工艺规律、其他特种加工技术等。本书兼顾特种加工理论和具体加工工艺，以实例形式讲述了电火花加工机床的定位、装夹，工艺参数的选择等操作技巧、要点及编程方法。

关键词： 复合电镀   脉冲电源   Ni-WC复合电镀层   电火花加工   抗电蚀性  

摘要： 电火花加工(Electronic Discharge Machining,EDM)是基于工具电极和工件电极之间脉冲性火花放电,产生的瞬时高温去除金属材料的特种加工工艺。EDM工具电极在加工过程中消耗部分能量,造成电极损耗,影响EDM的成型精度和重复精度,因此提高EDM工具电极的抗电蚀性能极其重要。为了提高EDM工具电极的抗电蚀性,本文利用复合电镀的原理,在紫铜电极上制备一层抗电蚀性能优良的Ni-WC复合电镀层,并对Ni-WC复合电镀层的制备工艺进行了探究,本论文的主要研究内容及结论如下:(1)Ni-WC复合电镀层制备工艺参数优化。以Ni-WC复合电镀层内WC的含量作为评价指标,通过改变Ni-WC复合电镀层制备的工艺参数,建立正交试验,并对对试验结果进行分析,确定镀层内WC颗粒含量的影响显著性序列为:WC添加量(ρ)>电流密度(J)>电镀溶液温度(t)>施镀时间(T)。在上述工艺基础上并通过微观形貌分析获得Ni-WC复合电镀层最佳制备工艺为:WC添加量ρ=35g/L,电流密度J=3A/dm2,脉冲频率为2000Hz,超声功率为40W,占空比为0.7,电镀溶液温度T=40℃,施镀时间t=4h。最佳工艺条件下制备的Ni-WC复合电镀层内WC含量最高且Ni-WC复合电镀层镀层组织致密,WC无明显团聚现象。(2)复合电镀层性能检测。通过对Ni-WC复合电镀层的维氏显微硬度、电化学腐蚀性能、盐雾腐蚀性能等性能的测试与分析,确定了当电镀溶液内WC添加量为35g/L时,显微硬度、电化学腐蚀性能、盐雾腐蚀性能最佳,在超声辅助脉冲制备Ni-WC复合电镀层的最佳工艺条件下,硬度最高为322.4HV。(3)抗EDM电蚀性能检测。在高电规准下进行EDM试验,试验结果表明,超声辅助脉冲制备Ni-WC复合电镀层的最佳工艺条件下制备的的Ni-WC复合电极抗电蚀性最佳,孔加工锥度最小。