侧铣式高速电弧放电加工工艺研究

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高速电弧放电加工(Blasting Erosion Arc Machining,简称为BEAM)是一种全新的放电加工方式,它应用流体动力断弧机制来控制电弧放电从而实现难切削材料的高效去除加工。电弧放电的能量密度比火花放电要高,因此加工效率得到极大地提升。但是高速电弧放电加工的工艺特性,以及如何实现稳定的高速电弧放电加工仍然是需要进行深入研究与解决的问题。  BEAM主要利用大电流、长脉宽的脉冲电源实现电弧放电加工,加工过程中通过多孔电极实现强化内冲液。内冲液会打破放电通道中等离子体的动平衡状态,使等离子体弧柱发生偏转甚至拉断,从而实现加工过程中的有效断弧,称为“流体断弧机制”。流体断弧在实现高能量密度加工的同时,还可以避免稳态电弧的产生,因此可以实现工件材料的大余量高效去除。  电极形式的多样化可以提高BEAM的加工柔性。本文采用侧铣电极进行BEAM加工。侧铣式高速电弧放电加工借助工具电极的旋转,实现放电点的移动,同时又能够实现内冲液,高效排除电蚀产物。  本文首先介绍了侧铣电极的结构,通过电极侧面及底面孔向极间高速喷出工作液。侧铣电极采用石墨作为电极材料,采取铣削与钻孔的加工形式进行电极的制备。为了实现电极与机床主轴的联接,设计了一套侧铣电极夹具。侧铣电极夹具能将机床主轴的旋转转化为电极的转动,并接通工作液循环系统向电极内部通入工作液。  利用UG对加工过程中的间隙流场进行了几何建模,并借助于CFD软件ANSYS FLUENT对间隙流场进行求解仿真。研究侧铣电极侧面布孔形式,电极转速和入口冲液压力对间隙流场流速的影响,通过实验验证流场变化对工件材料去除率(MRR)和电极损耗率(TWR)的影响。实验发现,流体的速度的增大,可提高侧铣式高速电弧放电加工的MRR。提高流速能够强化流体动力断弧效果,提高内冲液对极间电蚀产物的排出效果,防止电蚀产物在极间的堆积,保证了加工的稳定性。  设计合适的实验方案,研究峰值电流、脉冲宽度单因素及组合因素对侧铣式高速电弧放电加工MRR及TWR的影响。提高峰值电流能够增加MRR,减少TWR。增加脉冲宽度,可以减少电极损耗;一定范围内会加强材料去除,超过该范围MRR反而会下降。
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