可控非均匀流场驱动电弧机制及高能脉冲放电加工精度保障方法

The high energy pulse discharge machining method can remove materials efficiently, and displays a great application potential in machining difficult-to-cut materials. However, the arc extends arbitrarily randomly, which severely effects the machining accuracy. In this project, a new method to guarantee the machining accuracy of high energy pulse discharge machining, which is based on the arc driving mechanism using the controllable nonuniform flow field, is presented.By changing the axial flushing, the nonuniform flow field is formed around the electrode to drive the arc. Then, the arc is induced to extend from the important machined surface to the unimportant machined surface, which can protect the important machined surface, and improve the machining accuracy of the whole parts.The arc dynamic characteristics will be investigated, the influence of the nonuniform flow field on the external morphology and internal characteristics of the arc will be got, and the arc driving mechanism will be elucidated. The heat source model which is applied to the workpiece by the arc will be explored, and the material removal mechanism by the multi-field will be revealed. The nonuniform flow field control equipment based on the machining path tracking will be developed. The influence of the machining parameters on the process performance will be studied, and the optimum machining condition will be obtained. This project will increase the theory and content of non-traditional machining, provide the reliable theoretical and technological basis to improve the machining accuracy and industrial application for the high energy pulse discharge machining.

高能脉冲放电加工方法具有高效蚀除材料的能力，在难切削材料加工中显现出了巨大的应用潜力，但是该方法加工过程中电弧会任意扩展，严重影响加工精度。基于此，本项目提出基于可控非均匀流场驱动电弧的高能脉冲放电加工精度保障方法。通过改变轴向冲液在电极周围形成非均匀流场对电弧进行有效驱动，诱导电弧从重要加工表面向非重要加工表面扩展，从而保护重要加工表面，提高整个工件的加工精度。研究电弧的动态特性，获得非均匀流场对电弧外部形态和内部特性的影响规律，阐明非均匀流场驱动电弧的机制；探究电弧施加到工件上的热源模型，揭示多场作用下材料去除机理；研制出基于加工路径跟踪的非均匀流场控制装置，研究不同参数对加工工艺的影响规律，探索该创新方法的最佳工艺条件。本项目研究可丰富特种加工的理论和内容，为提高高能脉冲放电加工的精度和推进该加工方法的工业化应用，提供可靠的理论依据和坚实的工艺基础。

高能脉冲放电加工方法具有高效蚀除材料的能力，在难切削材料加工中显现出了巨大的应用潜力，但是该方法加工过程中电弧会任意扩展，严重影响加工精度。基于此，本项目提出基于可控非均匀流场驱动电弧的高能脉冲放电加工精度保障方法。通过改变轴向冲液在电极周围形成非均匀流场对电弧进行有效驱动，诱导电弧从重要加工表面向非重要加工表面扩展，从而保护重要加工表面，提高整个工件的加工精度。项目搭建了高能脉冲放电加工机床，开发了可控非均匀流场驱动电弧设备，搭建了脉冲电源。通过实验发现所提出的方法，在获得与普通电弧加工方法类似的材料去除率和相对电极损耗率的前提下，能够减少52.15%的过切量，显著提高加工精度。.1）提出了一种利用移动热源研究电弧放电加工材料去除特性的方法，建立了电弧在非均匀流场作用下的移动热源模型，获得了流场作用下电弧热源半径变化规律、热源移动速度和热传递效率，为研究流场下电弧特性提供了理论依据。.2）研究了电弧在流场作用下的电弧特性，获得了不同流场条件下的电弧放电加工坑的形貌，实验结果表明流场强弱影响电弧持续时间，流场的流量越大电弧的持续时间越短，施加到工件上的能量就越低。.3）开发了高能脉冲放电加工精度保障方法，搭建了流场驱动电弧放电加工装置，为了实现对放电加工轨迹的采集，采用标准G代码，进行调整偏心喷头的位姿，进而实现对非均匀流场的实时控制，推进了低切削误差电弧放电加工的工业化应用。。.4）进行了非均匀流场驱动电弧放电加工工艺实验，研究了内冲流量、外冲流量、峰值电流和脉宽对材料去除宽度、加工效率和相对电极损耗率的影响规律。研究了电弧放电加工后样件加工表面质量，分析了表面形貌、重熔层厚度和加工深度。.5）建立了非均匀流场驱动电弧放电间隙流场模型，仿真研究了非均匀流场电极与工件间隙的流场分布规律，揭示了不同工况下极间间隙中流场分布规律。为优化非均匀流场驱动电弧放电加工提供了仿真计算支撑