【摘 要】
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各种精密小孔在工业生产以及精密制造中被广泛需求,但是利用传统的机加工方式加工微小孔存在很多缺陷,这主要是因为传统加工方式加工微小孔时存在热力学效应。利用电火花加工微小孔具有很多传统机加工不具备的优良特性。电火花加工过程中的电极与工件之间的加工力远远小于传统机加工的切削力,由于电火花加工微小孔所用的电极可以十分微小,所以得到很小的加工去除单元是相对容易的。因此电火花加工是微细加工技术中不可替代的加工
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各种精密小孔在工业生产以及精密制造中被广泛需求,但是利用传统的机加工方式加工微小孔存在很多缺陷,这主要是因为传统加工方式加工微小孔时存在热力学效应。利用电火花加工微小孔具有很多传统机加工不具备的优良特性。电火花加工过程中的电极与工件之间的加工力远远小于传统机加工的切削力,由于电火花加工微小孔所用的电极可以十分微小,所以得到很小的加工去除单元是相对容易的。因此电火花加工是微细加工技术中不可替代的加工手段,它被用于各种微小孔的加工,例如燃料喷射喷嘴以及合成纤维喷丝孔等。本文以304不锈钢和Inconel 706两种Fe-Cr系合金钢为研究对象进行微孔电火花加工工艺的研究。电火花加工中电极的制备十分关键,传统的微细电极制备是利用WEDG(线电极电火花磨削)的方法进行制备,该方法十分耗时并且制备过程复杂,在每次制备过程出现问题都得重新开始制备。所以本文提出利用FIB-CVD(聚焦离子束化学气相沉积)技术沉积制备微纳电极。该方法通过实验表明制备过程简单,相比WEDG方式十分的节省时间,成功率很高,加工精度十分高。首先利用该技术制备的电极以去离子水为工作液进行微孔电火花加工。利用该电极成功制备出孔径约为25μm的微小孔,其中放电间隙最小可达6.6μm。其次选择火花油作为加工工作液,304不锈钢作为工件,利用成形火花机在304不锈钢加工一定深度的方形孔。实验参数利用Minitab软件进行优化,相比于初始的加工条件,利用优化后的加工参数加工的产品的MRR(工件去除率)提高了64%,信噪比的主效应图表明输入参数脉宽是影响MRR的最显著的因素。通过比较截面形貌图和产品表面粗糙度发现较好的表面质量可以通过较小的输入脉宽,较小的峰值电流获得。其次,电火花加工之后的304不锈钢存在一些列使用性能的降低情况,基于工业生产的应用,本工作对电火花加工后的304不锈钢工件做了断裂性能的测试,拉伸实验表明电火花加工之后的工件材料的塑性变形降低,发生了很明显的脆性断裂,微观检测表明电火花加工之后断面晶粒发生滑移,少量晶粒伸长,结合拉伸曲线验证了其断裂属于准解理与韧性断裂的混合断裂形式,所以对于电火花加工之后的工件需要采取必要的材料后处理以消除电火花加工带来的材料使用性能的下降。最后添加粉末的工作液被用作第三种微孔加工的工作液。本文基于在Inconel706上加工微小孔进行电火花加工研究。实验通过比较不同浓度的混粉工作液下的微孔质量,发现添加一定量铝粉颗粒在火花油中可以显著提高产品的表面质量。通过对加工后的电极表面进行EDS分析,结果显示添加铝粉在火花油中,较少的工件材料黏着于电极表面,这主要是因为其更加稳定的加工。
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