钛合金电火花高效铣削电极运动轨迹控制及工艺研究

论文摘要

目前航空航天工业中大量使用高强度高硬度的钛合金、镍基耐高温合金等材料,这些材料普遍存在难加工的问题,在进行大体积材料去除时刀具损耗严重,加工效率低且成本高。如果能够使电火花铣削加工的效率提高到比机械切削还要高,加工这些难加工材料时使用这种方法就可以提高加工效率,降低生产成本。本文通过对电火花铣削加工技术的深入研究,旨在实现钛合金等难加工材料的高效加工(高于15,000mm3/min以上),并分析加工后成形表面的可切削性。本文通过进行工艺实验,研究了主要加工参数(包括脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电流、电极转速、冲液压力及铣削深度等)对材料去除率的影响作用,分析了影响效率提高的主要因素,发现影响效率提高的主要因素是脉冲间隔和冲液压力。对加工参数进行了组合优选,找到了加工效率较高的加工参数组合。对电极运动轨迹的控制进行了研究,分析了加工过程中的放电平均电压与加工状态的关系,设计了电极进给速率调整策略,提高了加工的稳定性,通过规划电极运动轨迹和分析调整冲液状态,提高了加工效率和精度。设计了针对电火花铣削粗加工的电极损耗补偿策略,并对大体积去除的复杂工件提出了间歇检测补偿电极损耗的电极损耗补偿策略。检测分析了加工工件的表面形貌、受热影响层厚度、加工区域材料成分变化及被加工区域的硬度,发现被加工表面有大量的裂纹,有利于后续机械切削的进行,厚度约为60um的受热影响层内硬度比基体稍大。对加工工件进行了机械切削实验,结果表明被加工表面切削性能与基体相当,验证了工件的可切削性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.3 有待深入研究的问题
• 1.4 课题的研究目的和意义
• 1.5 课题研究的主要内容
• 第2章 工艺实验及分析
• 2.1 电火花铣削机床
• 2.2 电火花铣削原理
• 2.3 实验条件
• 2.4 实验设计
• 2.5 工艺实验分析
• 2.5.1 材料去除率极差分析
• 2.5.2 电极损耗率极差分析
• 2.5.3 加工参数对材料去除率的影响分析
• 2.5.4 加工参数对电极损耗率的影响分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 电极运动轨迹控制的研究
• 3.1 电极进给速率控制的研究
• 3.1.1 电火花铣削加工特点
• 3.1.2 放电状态检测电路的设计
• 3.1.3 电极进给速率控制策略
• 3.2 电极运动轨迹规划
• 3.2.1 沟槽加工轨迹规划
• 3.2.2 平面加工轨迹规划
• 3.2.3 斜面加工轨迹规划
• 3.2.4 孔加工轨迹规划
• 3.2.5 突台加工轨迹规划
• 3.3 本章小结
• 第4章 电极损耗补偿的研究
• 4.1 电极损耗补偿策略
• 4.2 预测法电极损耗补偿的实现
• 4.3 间歇检测法电极损耗补偿的实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 成形表面可切削性的研究
• 5.1 受热影响区域的分析
• 5.1.1 表面形貌分析
• 5.1.2 受热影响层分析
• 5.1.3 受热影响区域化学成分的变化
• 5.2 工件硬度分析及切削实验
• 5.2.1 硬度检测分析
• 5.2.2 可切削性实验
• 5.3 整体工艺路线和工艺规划
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢