钛合金小孔电火花加工试验研究

论文摘要

钛合金具有比强度高、热稳定性好、耐腐蚀性强等特点。随着航空宇航技术和海洋工程技术的发展,钛合金越来越受到人们的重视,使用范围越来越广。然而,传统的加工方法对钛合金的加工效果不佳,很难到达加工要求。电火花加工方法由于不受材料硬度的限制,仅与材料的热学性能有关,特别适合加工难切削材料。但由于钛合金导热性差,在进行电火花小孔加工时,加工效果也十分不理想。脉冲电源是电火花加工机床的主要组成部分,并且是影响电火花加工工艺指标关键的设备之一。其性能的优劣直接影响放电加工的速度、精度、稳定性、工件表面粗糙度等加工性能指标。首先,本文对钛合金电火花加工的机理进行了研究,从极性、工具材料种类、电参数、放电爆炸力、工作液等几个方面分析了影响加工效率、工具电极相对损耗及加工精度的主要因素。提出了提高加工效率、减小电极相对损耗和提高加工精度的方法。其次,针对钛合金电火花加工的特点,对现有的脉冲电源进行了改进,在两极间并联了一组增爆电容,以提高其放电爆炸力。为了更好的对加工过程实现控制,脉冲电源以单片机为核心,将上位机传来的控制参数通过单片机传入CPLD,由CPLD来调节脉冲参数。此外,单片机还控制A/D转换芯片工作并采集转换后得到的数字信息,进行运算后传入上位机,使上位机能更好的实现对放电间隙状态的调节。最后,利用改进的脉冲电源进行了一系列小孔加工试验,从极性、工具材料种类、电参数、工作液等几个方面进行了深入的研究。试验结果表明:碳化钛的存在是影响钛合金电火花加工效率低的主要因素之一,采用煤油冲液加工方式可以抑制碳化钛的产生,并达到良好的加工精度;提高放电爆炸力有利于电蚀产物的抛出,提高了加工的稳定性和加工效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钛合金的物理机械性能
• 1.2 钛合金的应用
• 1.2.1 钛合金在军用领域的应用
• 1.2.2 钛合金在民用领域的应用
• 1.3 钛合金的加工方法
• 1.3.1 钛合金切削加工
• 1.3.2 钛合金电解加工
• 1.3.3 钛合金电火花加工
• 1.4 难加工材料电火花加工脉冲电源的研究现状
• 1.5 课题研究的目的和意义
• 1.6 课题研究的主要内容
• 第2章 钛合金电火花加工的机理
• 2.1 影响加工效率的因素
• 2.1.1 极性效应对加工效率的影响
• 2.1.2 金属材料热学常数对加工效率的影响
• 2.1.3 电参数对加工效率的影响
• 2.1.4 放电爆炸力对加工效率的影响
• 2.2 影响工具电极相对损耗的因素
• 2.2.1 极性和脉宽对电极相对损耗的影响
• 2.2.2 传热效应对电极相对损耗的影响
• 2.2.3 工具电极材料对电极相对损耗的影响
• 2.2.4 工作液对电极相对损耗的影响
• 2.3 影响加工精度的因素
• 2.3.1 放电间隙对加工精度的影响
• 2.3.2 二次放电对加工精度的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 钛合金电火花加工脉冲电源
• 3.1 脉冲电源的总体结构
• 3.1.1 RC式脉冲电源
• 3.1.2 晶体管式脉冲电源
• 3.1.3 高低压复合脉冲电源
• 3.2 各功能模块介绍
• 3.2.1 单片机功能模块介绍
• 3.2.2 间隙电压采样电路功能模块介绍
• 3.2.3 CPLD功能模块介绍
• 3.3 脉冲电源的主要参数
• 3.4 本章小结
• 第4章 钛合金小孔电火花加工试验
• 4.1 钛合金材料的电火花加工性能
• 4.2 极性对加工的影响
• 4.3 工具材料对加工的影响
• 4.4 电参数对钛合金电火花加工的影响
• 4.4.1 开路电压
• 4.4.2 峰值电流
• 4.4.3 电容值
• 4.4.4 脉宽值
• 4.4.5 脉间值
• 4.4.6 脉冲频率
• 4.5 工作液对钛合金电火花加工的影响
• 4.5.1 工作液种类
• 4.5.2 工作液循环过滤方式
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢