电火花线切割的广义干式工作介质及可控工作介质研究

针对具有新概念的广义干式工作介质和可控工作介质，结合电火花线切割加工，从机理分析的高度进行基础性的实验研究。前者将气体介质扩展为包括气/液混合介质在内的广义干式工作介质；后者是指通过调整其参量可改变工作性能的介质。采用单脉冲放电实验、温度场分析，探讨各广义干式介质的材料蚀出特征- - 放电间隙值、放电压力波形、蚀坑的形貌等。在高、低速走丝线切割机的重复放电条件下，进行广义干式和传统液体介质的对比加工实验，通过放电状态检测和选择性的放电点位置分布均匀性分析，并以放电加工稳定性及加工速度、加工质量等指标，对广义干式工作介质的工作特性进行规律性研究。可控工作介质的研究核心，是介质参量的调节与其工作特性间的对应关系。研究工作立足于工程应用和深入的机理探讨，并顾及环保、安全、经济及实用性。本研究将对干式电火花线切割加工技术的研究与推广提供理论上的支持,并对其他干式电火花加工也具有普遍的参考价值。

与传统的液中电火花线切割加工相比，干式电火花线切割精加工具有加工表面粗糙度好、放电间隙窄、加工表面无电解腐蚀等优点。为了探讨干式电火花线切割加工机理，本项国家自然科学基金项目在单脉冲火花放电的温度场及流场的有限元仿真的基础上，开展了连续脉冲放电的温度分布研究。将仿真获得的单脉冲放电的电蚀坑模型、连续放电的金属去除率模型与单脉冲实验电蚀坑及连续脉冲的线切割加工去除量相对比，验证了所建立的数学模型及电蚀坑模型的准确性。在广义干式电火花线切割精加工实验中，应用所研制的放电状态检测系统和放电点位置检测系统，并将放电加工稳定性与加工速度、加工质量同时作为评价指标。对比工件的扫描电镜照片表明，水基介质的精加工表面上有许多电解腐蚀的小孔，气体介质中的加工表面上无电解腐蚀，水雾介质中的加工表面上也有少量电解腐蚀的小孔。针对模具钢工件，开展了单因素及多因素条件下的气体介质及水雾介质中的高速走丝及低速走丝线切割精加工实验，确定了在广义干式介质中的加工参数适用范围、获得了表面粗糙度和切割速度影响规律实验公式及优化参数组。开发了一种多介质的电火花线切割加工新方法，即在多次切割的前几次切割中采用水基工作液，而在最后1、2次精加工采用气体或水雾介质。针对高速走丝线切割和低速走丝线切割的实验结果都表明，采用上述多介质的多次切割新工艺，能提高加工质量；最终获得的加工表面的粗糙度、直线度及表面层状况都优于完全采用水基介质的多次切割结果。