钛合金微细通道电火花加工电极补偿及工艺规律研究

摘要

随着科学技术的进步，以钛合金为代表的难加工合金材料由于具有高比强度、高耐磨性、高韧性等优异性能，在航空航天、能源动力、国防科技、运载工程、医疗等领域的重大核心零部件中的应用日益广泛。微细电火花铣削加工技术因其采用简单形状的电极，具有非接触式加工、成本低廉等突出特点，成为难加工合金材料微尺度结构精密制造的主要方法之一。然而，在具有大深宽比结构的钛合金微细通道电火花加工中，由于加工深宽比大、电极尺寸微小、电蚀碎屑排除困难等，导致电极损耗尤为严重，并且采用传统的电极端面放电、分层铣削加工方法加工效率低下，极大的限制了微细电火花铣削加工技术的发展。因此，研究高效的电极补偿方法并开展相关工艺规律研究，是提高大深宽比钛合金微细通道加工效率和加工质量的重要措施。本文针对大深宽比钛合金微细通道高效加工的难题，开展了如下研究内容:
　　(1)为满足难加工合金微细通道电火花高效加工的要求，在实验室自主搭建的微细电火花加工实验平台的基础上，重新设计并调试了实验平台的电气控制系统、脉冲电源系统、三轴伺服驱动系统并优化了伺服系统的PID参数。微细通道和微小型腔的铣削加工实验表明，该实验平台运行平稳可靠，能够满足实验要求。
　　(2)针对大深宽比钛合金微细通道电火花铣削加工中电极损耗严重，传统加工方法效率低下的问题，提出了基于电极侧面放电加工方式的微细通道粗、精分层铣削加工方法。通过实验对侧面放电加工方式下的电极损耗体积、微细通道损耗体积、底面和侧面放电间隙以及电极初始进给量进行修正，建立了基于电极侧面放电加工方式下的电极线性补偿模型。实验表明，在电极侧面放电线性补偿加工方式下，电极仍可以看做是一种均匀损耗，并且相比传统端面放电分层铣削方法可以显著提高加工效率。
　　(3)针对钛合金微细通道高效加工的难题，实验研究了加工极性、非电参数（电极转速、加工深度、进给速度）、电参数（峰值电流、脉间、脉宽、电容）对钛合金微细电火花加工性能的影响规律，为合理选择工艺参数进行高效加工实验奠定了基础。
　　(4)底面和侧面放电间隙是反映加工质量、进行精确电极补偿的重要参数，基于支持向量机回归理论，建立了钛合金微细通道加工时的底面和侧面放电间隙预测模型;并通过工艺参数优化，实现了大深宽比钛合金微细通道的高效加工。实验表明，综合本文的研究成果能有效改善微细通道的槽深、槽宽一致性，并且相比传统的电极端面放电分层铣削加工方法，加工效率提高了约6倍。