高温合金电火花-电解组合加工装置及应用

摘要

电加工技术在制造工业领域应用广泛，电火花加工和电解加工作为电加工技术的两种主要方式，在难加工材料的成型加工中占有重要地位。其中电火花加工具有加工精度高、适用材料广等优点，可以在多种难加工材料表面加工出复杂三维结构，但所加工表面质量低，有再铸层和微裂纹;电解加工基于阳极溶解原理，具有效率高、加工表面质量高、无残余应力和重铸层及无刀具磨损等优点，但其加工精度及效率低。本文结合电火花和电解加工的优点，提出采用电火花-电解组合加工技术在高温合金表面加工形状精度高、表面质量好的异型孔结构。
　　针对高温合金材料表面异型孔的加工需求，搭建了电火花-电解组合加工实验装置，研究了主要加工参数（电解电流、电解时间、电解脉冲频率和占空比）对加工孔的表面质量的影响规律;对比了电火花-电解组合加工异型孔与电解加工异型孔的优缺点，并基于此优缺点提出了异型孔加工方式的选择策略。主要工作如下:
　　(1)设计并搭建了电火花-电解组合加工实验装置，将电火花打孔机主轴固定到三轴数控电解机床的Z轴上。设计了一套夹具及电解液循环系统。工件材料为厚度3mm的高温硬质合金。
　　(2)研究了各加工参数对组合加工质量的影响。先用直径为2mm的黄铜电极进行基础实验，验证了电流密度、加工时间、频率、占空比等参数对电解抛光加工的影响，主要分析了不同电流参数情况下高频窄脉冲电流电解加工对去除再铸层效果的影响，给出最合理的电解加工电流参数来除去电火花加工所产成的再铸层。结果表明，电火花加工能够获得较高形状精度，但表面质量差，有重铸层，表面粗糙度高达Ra4.277μm;电解加工可以显著提高表面质量，粗糙度降低至Ra0.299μm;随着电解加工电流增大，表面粗糙度呈总体下降趋势，相同电流条件下，随着电解时间增大，粗糙度逐渐减小;并且，表面粗糙度随脉冲频率的增大而增大，随占空比的增大有先增大后减小的趋势。
　　(3)利用优化后的参数进行高温合金异型孔的电火花-电解组合加工实验，在GH4169高温合金材料上加工出了表面无再铸层的高表面质量的异型孔。对比电火花-电解组合加工，本文提出用中空成型电极电解加工高温合金异型孔，所加工的异型孔表面质量高，但具有成形精度低、杂散腐蚀等缺点。对比分析了电火花-电解组合加工工艺与电解加工的适用范围，提出针对不同加工要求选择合理加工策略。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景和研究意义

1．2 电火花加工技术及国内外研究现状

1．2．1 电火花加工技术

1．2．2 电火花加工技术发展现状

1．3 电解加工技术及及国内外研究现状

1．3．1 电解加工技术

1．3．2 电解加工技术发展现状

1．4 电火花-电解组合加工技术的发展

1．5 存在的问题和本文的研究要点

2 电火花-电解组合加工基础理论

2．1 电火花加工基本理论

2．1．1 电火花放电机理

2．1．2 电火花放电的极性效应

2．1．3 电火花加工形成的表面变质层

2．1．4 影响电火花加工精度的因素

2．2 电解加工的基本理论

2．2．1 法拉第定律

2．2．2 电极的极化现象

2．2．3 影响电解加工精度的因素

2．3 电火花-电解组合加工

2．3．1 电火花-电解组合加工原理介绍

2．3．2 无再铸层异型孔电火花-电解组合加工原理

2．4 本章小结

3 实验装置的建立

3．1 电源的选择

3．2 伺服进给系统的设计

3．3 夹具的设计

3．4 工作液循环系统

3．4．1 电解液流动方式

3．4．2 电解液泵

3．5 本章小结

4 电火花-电解组合加工试验

4．1 圆孔电火花-电解组合加工试验

4．1．1 再铸层分析

4．1．2 加工电流的影响

4．1．3 脉冲频率对加工效果的影响

4．1．4 占空比对加工效果的影响

4．1．5 加工参数对孔壁粗糙度的影响

4．1．6 加工参数对孔微观形貌的影响

4．2 异型孔的电火花-电解复合加工实验

4．3 电解加工异型孔

4．3．1 加工原理

4．3．2 电极及夹具设计

4．3．3 电解加工异型孔实验

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢