高钨合金微小孔电火花加工工艺及穿透检测技术研究

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高钨合金凭借高强度、耐高温等性质被广泛应用于航空航天等领域中,其中许多零件中包含散热、通气等作用的微小孔,这些微小孔的加工若利用传统方式则存在着很多困难,而电火花加工借助自身的诸多优点提供了一种有效的加工方法。但是在电加工中也存在着电极损耗大、加工效率低、加工效果差等问题,为此针对钨含量高达90%的铜钨合金(CuW90)进行了加工工艺及穿透检测等方面的研究。采用单因素实验和正交试验相结合的方案,使用直径为0.5 mm的管电极对CuW90微小孔电火花加工进行了一系列的基础实验研究。首先对电源电容、电流、伺服参考电压、伺服速度、占空比等实验参数进行了单因素实验研究,分析了使用电火花油和去离子水作为工作液时电极损耗和加工时间不同的原因;之后选用L16(45)正交表对所研究的5个参数进行了正交试验,最终以电极损耗和加工时间为目标得到了微小孔加工的最优参数组合,综合优化幅度达73%。针对CuW90的特殊结构,对其物理模型进行了分析比较,并计算了密度、比热容、热导率和热膨胀系数等性能参数的理论值,从理论上分析了在电火花加工中电极损耗大的原因。对旋转内冲液加工间隙流场进行了仿真分析,利用不同工作液流场结构特点对不同加工阶段流速和压力的分布进行了分析比较,探讨了柱状残留的成因,从理论方面研究了不同深度时的加工特点,解释了使用不同工作液时电极形状发生变化的原因。为实现难加工材料的盲孔加工,利用神经网络法对不同参数下的加工速率进行预测,分析了微小孔加工时有效放电次数和工件材料蚀除量的对应关系,搭建了基于平均电压检测法的检测电路,利用STM32F103ZET6芯片对所采集电压进行了比较判断,通过对数码管的直接驱动实现了加工深度的实时显示,最终所加工盲孔的平均误差为3.9%。以管电极加工时穿透前后电压波形的独特变化趋势为依据,实现了最小出口距离为0.7 mm的通孔加工。对穿透前后柱状残留的影响进行了理论分析与验证,最终证实了穿透检测判据的可靠性。
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