介质特性对钛合金电火花加工的影响研究

摘要

钛合金具有比强度高、质量轻、耐腐蚀等优良特性，已广泛应用于航空航天及汽车等民用工业领域。钛合金导热率低、化学亲和性强、弹性模量小，传统机械加工存在刀具磨损严重、排屑困难、加工面回弹等问题。电火花加工作为一种特种加工方法，依靠放电时的局部瞬时高温而非机械能来蚀除工件材料，因此不受限于工件的力学性能，非常适合作为钛合金加工手段。在进行钛合金电火花加工时，工作介质的介电性、粘度和氧化性等都会直接影响钛合金的加工性能。本文研究了工作介质的电导率、氧化性和粘度对钛合金电火花加工的加工效率、电极相对损耗率和表面粗糙度Ra的影响规律，在此基础上探索出一种具有优化放电特性的复合加工液。
　　本文主要研究内容如下:
　　(1)研究了介质电导率对钛合金电火花加工的加工效率、电极相对损耗率和表面粗糙度Ra的影响规律。电导率增大使击穿电压下降、放电间隙增大，极间放电状态稳定，提高了加工效率，但放电间隙过大使消耗在放电通道中的能量增加，加工效率反而有所下降;电导率增大，导致漏电流增大，两极间电解作用增强，电极损耗增加;电导率增大，同时加速了水自身电解产生氧气的过程，放电爆炸力增强，放电坑变深，表面粗糙度Ra变大。但是电极与工件间的电解作用，能对电极表面进行修整，有利于提高仿形精度，减缓Ra的增长趋势。
　　(2)研究了介质氧化性对钛合金电火花加工的加工效率、电极相对损耗率和表面粗糙度Ra的影响规律。介质具有氧化性，能与极间处于高温状态的钛合金发生氧化放热反应，增大放电爆炸力，放电蚀除颗粒尺寸变大，加工效率上升;随着介质氧化性增强，蚀除产物过大，不能顺利从放电间隙排出，使加工效率反而有所下降;电极在放电高温时被介质氧化并在其表面形成氧化层保护膜，降低了电极损耗;介质在放电作用下释放出氧气，氧气气泡有利于电蚀产物在放电间隙均匀分布，分散放电能量，获得较平整的表面。
　　(3)研究了介质粘度对钛合金电火花加工的加工效率、电极相对损耗率和表面粗糙度Ra的影响规律。粘度增大，介质对放电通道的压缩作用增强，提高了单个放通道内的能量密度，放电爆炸力增大，加工效率上升，电极损耗量增加，工件表面形成小而深的蚀除坑，表面粗糙度较大;粘度过大，介质传热效果差、流动性差，放电通道消电离不彻底、电蚀产物粘结现象严重，加工状态不稳定，严重时甚至发生短路、拉弧等现象，使加工效率下降、电极相对损耗率和表面粗糙度迅速上升。
　　(4)研制出具有优化放电特性的钛合金电火花加工用复合加工液。复合加工液在三组电规准下均获得了最高的加工效率;由于复合加工液中加工效率最高，即使电极溶解量较大，电极相对损耗率介于蒸馏水和煤油之间;复合加工液的电导率较大且含有过氧化氢，在放电作用下将产生比蒸馏水更多的氧气，氧气气泡在极间的扰动作用使电蚀产物均匀分布，细化单次放电能量，获得比蒸馏水中好的表面粗糙度;复合加工液中的煤油和氧气使其冷却速率降低，表面微裂纹比蒸馏水中少。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 钛合金的材料特性及其加工难题

1．2 电火花加工技术简介

1．2．1 电火花加工的基本原理

1．2．2 电火花加工中工作介质的作用

1．3 钛合金电火花加工

1．3．1 钛合金电火花加工的研究现状

1．3．2 钛合金电火花加工工作介质研究现状

1．4 本文主要研究内容

1．5 试验机床及主要测量设备

1．5．1 试验机床

1．5．2 主要测量设备

第二章 介质电导率对钛合金电火花加工的影响研究

2．1 工作介质的电导率

2．2 试验准备

2．2．1 试验条件

2．2．2 不同电导率工作介质制备

2．3 电导率对击穿电压的影响

2．4 电导率对放电间隙的影响

2．5 电导率对漏电流的影响

2．6 电导率对放电通道的影响

2．7 试验结果分析

2．7．1 电导率对加工效率的影响

2．7．2 电导率对电极相对损耗率的影响

2．7．3 电导率对表面粗糙度Ra的影响

2．8 本章小结

第三章 介质氧化性对钛合金电火花加工的影响研究

3．1 钛合金的氧化性

3．2 水中含氧量的测定方法

3．3 工作介质中的电场计算

3．4 试验准备

3．4．1 过氧化氢的性质

3．4．2 试验条件

3．4．3 不同氧化性工作介质的制备

3．5 介质氧化性对蚀除颗粒尺寸的影响

3．6 介质氧化性对放电间隙的影响

3．7 介质氧化性对漏电流的影响

3．8 气泡动力在抛出电蚀产物中的作用

3．9 试验结果分析

3．9．1 氧化性对加工效率的影响

3．9．2 氧化性对电极相对损耗率的影响

3．9．3 氧化性对表面粗糙度Ra的影响

3．10 本章小结

第四章 介质粘度对钛合金电火花加工的影响研究

4．1 工作介质的粘度

4．2 试验准备

4．2．1 试验条件

4．2．2 不同粘度工作介质制备

4．3 粘度对电蚀产物喷出力和喷出量的影响

4．4 粘度对工作介质传热效果的影响

4．5 试验结果分析

4．5．1 介质粘度对加工效率的影响

4．5．2 介质粘度对电极相对损耗率的影响

4．5．3 介质粘度对表面粗糙度Ra的影响

4．5．4 介质粘度对表面微裂纹的影响

4．6 本章小结

第五章 钛合金电火花加工优化放电特性的复合加工液研制

5．1 试验准备

5．1．1 试验条件

5．1．2 优化放电特性的复合加工液制备

5．2 试验结果分析

5．2．1 加工效率

5．2．2 电极相对损耗率

5．2．3 表面粗糙度Ra

5．2．4 表面微裂纹与组份分析

5．3 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 论文完成的主要工作

6．2 后续研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文