放电诱导高效烧蚀及磨削修整复合加工研究

Discharge teeth and grinding teeth alternate with each other on the slot grinding wheel, and a new hybrid processing mode of EDM induction efficient burning and grinding trim was proposed. The discharge teeth and the wheel are connected to the two ends of pulse power supply. The combustion oxygen mixes with the working fluid at a certain ratio, and then injects into the processing region from the discharge teeth on the slot grinding wheel. Under the action of electrical sparks, a great mount of heat is produced, and the difficult-to-cut metals ablate efficiently. The grinding teeth conects with the wheel insultately, and trims the burning surface to get a high precision surface after the efficient burning. The main content of this project includes the study of burning mechanism, grinding trim mechanism, processing law, as well as development of the corresponding combined grinding wheel, pulse power, servo control system, etc..There are 4 main innovations in this project. 1, a new processing mode was proposed. When most metal materials react with oxygen under the action of electrical sparks, mega heat will be produced. And then the grinding process can achieve a high quality surface. This new processing mode makes a composite use of the reaction and grinding process, so the difficult-to-cut metals could be efficient and precision machined. 2, the working medium is injected into the processing region from the discharge teeth, this can increase the burning efficiency and the chip removal performance. 3, the grinding teeth are insulated from the wheel, so the abrasive will not fall off by the discharge carbonization process. What's more, the process follows burning tightly. After the burning reactions, surface become soft, so the grinding trim process can achieve a high precision and good quality surface, and the macro grinding force is also very small. 4, no oil in the working medium, which means no problem of environmental pollution, fire safety and so on.

基于放电齿与磨削齿间隔排列的开槽砂轮，提出了一种放电诱导高效烧蚀及磨削修整加工模式。放电齿与工件接脉冲电源两极，助燃氧气与工作液按一定比例混合后，从放电齿内部喷入加工区域，在电火花放电作用下，诱导难加工金属与氧气发生燃烧反应，释放大量热量形成高效烧蚀。磨削齿与砂轮绝缘，紧随烧蚀加工对烧蚀表面磨削修整。主要内容包括研究烧蚀机理、磨削修整机理、加工工艺规律，以及研制相应的组合砂轮、脉冲电源、伺服控制系统等。.主要创新点：一是提出了一种新型加工模式，利用了大多数金属在氧气及放电诱导作用下形成烧蚀而产生大量热量及磨削加工表面质量好的特点，实现了难加工金属的高效蚀除与精密加工；二是工作介质从导电齿内部喷出，有利于提高烧蚀效率及排屑性能；三是磨削齿与砂轮绝缘，磨粒不会因放电碳化脱落，且磨削修整紧随烧蚀反应，由于表面存在软化，宏观磨削力很小；四是不使用油性工作介质，无环境污染，火灾隐患等问题。

针对难加工金属材料机械加工困难、电火花加工效率低的问题，提出放电诱导高效烧蚀及磨削修整复合加工技术。本项目进行了试验系统构建、专用工艺设备研制、蚀除机理研究、加工工艺研究等工作。具体工作如下：.1. 对磨床进行改进，增加进电装置，绝缘装置，气液供给装置以及相关卡具，建立了一套放电诱导高效烧蚀及磨削修整复合加工体系。.2. 为优化导电齿和磨削齿分布协调高效烧蚀加工和磨削修整加工，合理设计组合砂轮内部流道，强化烧蚀效果。.3. 脉冲电源需要尽量保证每一次电火花放电都能诱导烧蚀加工的进行，并且使烧蚀加工持续的时间尽可能的长，因此设计了专用脉冲电源，以提高加工效率，降低砂轮电极损耗，甚至做到无损耗。.4. 为避免修整加工处于大切深状态，设计了间隙检测判据的研究及伺服控制系统。通过加工过程中切削力的检测，研制相应的伺服系统，保证加工精度，降低刀具损耗。同时保证工件进给速度与烧蚀反应相匹配，防止速度过快导致烧蚀反应不充分，或速度过慢降低了加工效率。.5. 研究了砂轮高速旋转状态下的放电规律。.6. 研究了烧蚀加工规律。建立了高效烧蚀反应的放电烧蚀模型和加工机理。.7. 针对气中放电易产生短路、拉弧，烧伤工件，电极损耗大的问题，进行了气液两相流场研究。通过仿真、计算不同比例的气液两相物质的流场，研究相应的工艺规律，找到适合烧蚀加工的参数。.8. 烧蚀表面形貌及变质层研究。通过工件微观表面形貌及变质层分析其产生原因及形成规律。.9. 研究了机械修整加工规律。机械修整紧随烧蚀加工之后进行，工件材料已经烧蚀的表面有所软化，机械力较小，砂轮损耗少，加工精度高。.10. 砂轮损耗的研究。对砂轮损耗的工艺规律进行研究，以减少砂轮损耗。.11. 研究了各种电参数、非电参数对烧蚀效果的影响规律。. 通过项目研究实现了钛合金等难加工金属材料的高效、精密、绿色加工。在项目进行过程中，培养了博士生2名，硕士生8名（在读2名），发表论文20篇，其中SCI收录8篇，EI收录5篇。申请发明专利3项。在三年的研究过程中，研究进程按预先研究计划进行。本项目通过三年的研究工作，完成项目计划的全部内容。