介质特性对钛合金电火花加工的影响研究

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钛合金具有比强度高、质量轻、耐腐蚀等优良特性,已广泛应用于航空航天及汽车等民用工业领域。钛合金导热率低、化学亲和性强、弹性模量小,传统机械加工存在刀具磨损严重、排屑困难、加工面回弹等问题。电火花加工作为一种特种加工方法,依靠放电时的局部瞬时高温而非机械能来蚀除工件材料,因此不受限于工件的力学性能,非常适合作为钛合金加工手段。在进行钛合金电火花加工时,工作介质的介电性、粘度和氧化性等都会直接影响钛合金的加工性能。本文研究了工作介质的电导率、氧化性和粘度对钛合金电火花加工的加工效率、电极相对损耗率和表面粗糙度Ra的影响规律,在此基础上探索出一种具有优化放电特性的复合加工液。本文主要研究内容如下:(1)研究了介质电导率对钛合金电火花加工的加工效率、电极相对损耗率和表面粗糙度Ra的影响规律。电导率增大使击穿电压下降、放电间隙增大,极间放电状态稳定,提高了加工效率,但放电间隙过大使消耗在放电通道中的能量增加,加工效率反而有所下降;电导率增大,导致漏电流增大,两极间电解作用增强,电极损耗增加;电导率增大,同时加速了水自身电解产生氧气的过程,放电爆炸力增强,放电坑变深,表面粗糙度Ra变大。但是电极与工件间的电解作用,能对电极表面进行修整,有利于提高仿形精度,减缓Ra的增长趋势。(2)研究了介质氧化性对钛合金电火花加工的加工效率、电极相对损耗率和表面粗糙度Ra的影响规律。介质具有氧化性,能与极间处于高温状态的钛合金发生氧化放热反应,增大放电爆炸力,放电蚀除颗粒尺寸变大,加工效率上升;随着介质氧化性增强,蚀除产物过大,不能顺利从放电间隙排出,使加工效率反而有所下降;电极在放电高温时被介质氧化并在其表面形成氧化层保护膜,降低了电极损耗;介质在放电作用下释放出氧气,氧气气泡有利于电蚀产物在放电间隙均匀分布,分散放电能量,获得较平整的表面。(3)研究了介质粘度对钛合金电火花加工的加工效率、电极相对损耗率和表面粗糙度Ra的影响规律。粘度增大,介质对放电通道的压缩作用增强,提高了单个放通道内的能量密度,放电爆炸力增大,加工效率上升,电极损耗量增加,工件表面形成小而深的蚀除坑,表面粗糙度较大;粘度过大,介质传热效果差、流动性差,放电通道消电离不彻底、电蚀产物粘结现象严重,加工状态不稳定,严重时甚至发生短路、拉弧等现象,使加工效率下降、电极相对损耗率和表面粗糙度迅速上升。(4)研制出具有优化放电特性的钛合金电火花加工用复合加工液。复合加工液在三组电规准下均获得了最高的加工效率;由于复合加工液中加工效率最高,即使电极溶解量较大,电极相对损耗率介于蒸馏水和煤油之间;复合加工液的电导率较大且含有过氧化氢,在放电作用下将产生比蒸馏水更多的氧气,氧气气泡在极间的扰动作用使电蚀产物均匀分布,细化单次放电能量,获得比蒸馏水中好的表面粗糙度;复合加工液中的煤油和氧气使其冷却速率降低,表面微裂纹比蒸馏水中少。
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