针对传统电火花加工中存在的材料去除率低及间歇通氧电火花诱导可控烧蚀加工EDM-I AM(Electrical Discharge Machining-Induced Ablation Machining)可控性及稳定性差的问题,本文提出了功能电极电火花诱导烧蚀加工方法,通过功能电极内部彼此独立的通道同时向加工区域通入氧气和工作液,利用两者的相互冲击作用,把氧气流分散成氧气泡并均匀分布于液体介质中,在两极间形成气液相间的燃烧氛围。利用电火花放电在电极表面产生的高温作为外部热源,点燃氧气泡中的工件材料,产生燃烧反应,消耗、熔化工件材料。烧蚀加工在电火花加工中引入金属燃烧产生的化学能作为新的加工能量,提高了电火花加工的材料去除率。本文设计并制造了钻、铣、车等加工方式的功能电极,构建了相应的电火花诱导烧蚀加工系统,进行了电火花诱导烧蚀加工的机理分析和试验研究;提出了烧蚀加工控制策略和控制方法,探索了功能电极电火花诱导烧蚀加工的工艺规律,通过对加工表面的修整和原位合成Ti N强化涂层获得良好的加工表面。具体工作如下:1.针对前期采用间歇式通氧电火花放电诱导烧蚀加工中燃烧反应不能连续进行、加工过程不稳定的缺点,设计制造了电火花诱导烧蚀钻、铣和车削功能电极,实现了氧气和工作液分别通过专用通道喷入加工区域,形成气液相间的燃烧氛围,满足金属在氧气中的燃烧条件,并通过调节氧气与工作液的比例控制燃烧反应的剧烈程度,实现了烧蚀加工的高效、可控、稳定进行。由功能电极系统、试验机床、电极旋转驱动系统、工作液循环系统和氧气供给系统构建了钻、铣、车削等加工方式的功能电极电火花诱导烧蚀加工系统并进行了烧蚀加工试验。2.对功能电极电火花诱导烧蚀加工机理进行了研究。使用功能电极极间介质模拟装置对极间介质分布和运动状态进行了模拟,研究了气液压力比对极间气液分布及运动规律的影响,分析了氧气泡对极间电场和放电击穿的影响。为研究电极结构、端面形状对燃烧蚀除的影响,采用不同端面形状电极进行单脉冲试验,研究了放电通道结构、放电坑直径变化及电极端面形状对放电通道迁移的影响规律,表明由薄壁管状电极组成的功能电极适合进行烧蚀加工;通过管状电极常规电火花加工和烧蚀加工的单脉冲试验,研究了燃烧反应的诱发机理,研究发现,燃烧反应是由放电蚀坑边沿诱发,由放电热加速表面氧化反应产生;电火花放电过程受燃烧反应影响很小,能够独立进行,在烧蚀加工中始终发挥着重要作用;燃烧反应被诱发产生后能自持进行,并自主传播,直至氧气耗尽。通过对电火花诱导烧蚀加工诱发机理及能量来源分析,发现烧蚀加工由电火花蚀除和燃烧蚀除两个相对独立的过程组成,其中电火花蚀除作为燃烧反应的外部热源,是燃烧蚀除的先导,当电火花放电诱导产生燃烧反应之后,二者保持相对独立,燃烧依靠自身释放的燃烧热,不断加热点燃周围工件材料,自主向外传播,直至氧气耗尽,而电火花蚀除在脉冲电源作用下,重复放电过程,蚀除工件材料并不断诱发燃烧反应。3.通过对烧蚀加工机理的分析,针对烧蚀加工由电火花蚀除和燃烧蚀除两个相对独立过程组成的特性,分析了烧蚀加工的控制因素,提出了控制策略,设计并构建了采用独立系统分别对电火花蚀除和燃烧蚀除进行控制的烧蚀加工控制系统。一方面,利用常规电火花加工控制系统实现对电火花蚀除和伺服进给的控制;另一方面,通过检测极间平均电压,实现对加工区域气液比例的控制,达到控制燃烧蚀除剧烈程度的目的。通过改变放电门槛电压,研究其对燃烧反应诱导作用的影响,结果表明常规电火花加工伺服控制系统能满足烧蚀加工的需要。通过极间气液压力比对电导率的影响试验,研究了极间平均电压反映气液比例的可行性,并进行不同气液压力比下的烧蚀加工试验,研究极间气液压力比、极间平均电压和烧蚀加工材料去除率的关系,实现了根据极间平均电压控制加工区域气液比例,进而控制燃烧蚀除的剧烈程度。4.研究了电参数(脉冲宽度、加工电流等)和非电参数(氧气压力、工作液压力、电极转速等)对功能电极电火花诱导烧蚀加工的影响规律。研究表明,烧蚀加工的材料去除率是传统电火花加工的数十倍,且具有明显的极性效应;烧蚀加工的材料去除率和表面粗糙度值与脉冲宽度、平均电流、气液压力比等成正比,与工件转速成反比。电极相对损耗与脉冲宽度、平均电流、气液压力比等成反比,与电极转速成正比;分析了烧蚀加工的材料去除率、电极相对损耗和表面粗糙度值的影响因素;通过试验,探索了材料特性对烧蚀加工的影响,研究了燃烧热熔比、氧化层特性对烧蚀加工性能的影响,并分析了电极相对损耗的影响因素;通过对钻、铣、车等加工方式的对比试验,研究了加工方式对烧蚀加工的影响规律。5.为提高功能电极电火花诱导烧蚀加工的表面质量,提出了能量逐次递减修整的方法,对加工表面进行修整。根据加工余量和烧蚀深度,采用按等差数列的方法选取加工参数,逐次降低烧蚀加工能量,用较小能量修整前一次表面,最终获得精修的目标面,从而在具有较高材料去除率的同时获得较好的表面质量;针对烧蚀形成的氧化层等缺陷,采用功能电极或柔性电极向加工区域通入氮气,利用电火花放电热使氮元素与钛材料发生反应,在加工表面原位合成Ti N强化涂层,改善表面材料成分和性能。研究表明,在加工表面原位合成的Ti N涂层厚度可达1mm以上,显微硬度可达1859.6HV,Ti N涂层与基体是相互渗透的冶金结合,结合强度好。因此,能够通过对烧蚀加工表面的修整和强化处理获得硬度高、表面质量好的加工表面。