随着航空航天事业的高速发展,其构件及零部件正朝着以钛合金、高温合金等难加工材料为基础的复杂、整体式结构方向发展,如整体式扩压器、叶轮等,这对其机械加工带来了巨大的挑战。电火花成形加工以拷贝方式利用电腐蚀进行加工,在复杂零部件加工方面具有较强的优势,但是较低的加工效率已成为制约其应用的主要原因。电火花诱导烧蚀加工技术利用氧气介质实现了加工效率的大幅度提高,然而在烧蚀加工钛合金材料时极易发生爆燃或过度烧蚀等非正常加工现象而损坏工件,无法实现稳定的烧蚀成形加工。本文提出一种以氧气为主,氮气或氩气等为辅的钛合金混合气体放电烧蚀成形加工方法（混合气体烧蚀加工方法）。首先,利用氧气介质与钛合金的烧蚀反应快速蚀除工件余量,同时利用氮气或氩气等气体控制烧蚀反应的剧烈程度,实现了钛合金材料零件的高效、稳定成形加工,完成零件的高速粗加工;其次,利用惰性气体特点,采用氩气雾化电火花加工方法实现了钛合金烧蚀表面氧化层的去除及表面无氧化层加工,作为钛合金零件的中加工工序,为零部件的后续精加工奠定了基础。为了揭示该烧蚀加工方法的加工机理及加工性能,本文的主要工作如下:1.提出了一种钛合金高效可控放电烧蚀成形加工方法。从钛合金材料本身的氧化特性入手,分析了钛合金烧蚀加工表面形成氧化层结构的特点,发现氧化层的非完整性是直接导致钛合金材料烧蚀加工时发生爆燃或过度烧蚀等非正常加工现象的主要因素。为此,从改变氧化层结构特征的角度出发,提出采用氧气与氮气或氩气等气体组成混合气体介质作为放电烧蚀加工介质,通过改善氧化层结构的完整性,达到控制钛合金烧蚀剧烈程度的目的,从而实现了钛合金高效放电烧蚀成形的可控加工。2.构建了实现钛合金高效烧蚀加工试验系统平台。为实现混合气体中氧气浓度的可调性,依据道尔顿分压定理设计制备了混合气体介质生成系统;为保障雾化烧蚀成形加工两极间液相颗粒介质的持续供给,设计制备了具有自反馈功能的雾化介质生成系统;为对极间微观蚀除机理进行探究,设计制备了针状电极单脉冲放电试验系统。3.钛合金可控放电烧蚀加工机理。钛合金材料蚀除与表面氧化层的形成几乎是同时发生的,其微观过程可分为:氧化蚀除准备;氧化蚀除与氧化物层产生;氧化蚀除动态平衡与氧化层雏形;氧化蚀除结束与氧化层形成四个阶段。钛合金爆燃现象的发生是由于氧化蚀除动态平衡阶段发生畸变,即氧化层内部能量急剧聚积而无法及时释放导致的。材料蚀除主要由脉冲火花蚀除、氧化蚀除及氧化溅射蚀除组成。混合气体介质中氧气是材料氧化烧蚀反应蚀除的必要介质,而氮气等气体则具有控制氧气介质扩散与改变氧化层结构等作用。定量分析了放电能量、氧气浓度、气体压力之间相互作用对钛合金放电烧蚀成形加工稳定性的影响,建立了相应的临界关系模型,并在此基础上探索研究了混合气体烧蚀加工的工艺规律。4.雾化高效烧蚀成形加工机理及工艺。为了改善混合气体烧蚀加工效果,采用了雾化烧蚀成形加工方法,其相对于混合气体烧蚀加工及传统电火花加工,加工效率分别提高1.6倍与15倍以上,型孔垂直成形精度分别提高35%与60%以上;且相对于混合气体烧蚀加工可以采用更高的氧气浓度。雾化烧蚀加工的微观蚀除过程与混合气体烧蚀加工类似,区别在于极间雾化介质的引入。雾化介质对极间具有冷却吸热、降低氧气浓度、阻碍氧气扩散、提高氧化效率、高效排屑、增大极间放电间隙及加速消电离的作用,这也赋予了雾化烧蚀成形加工具有较强的型腔加工能力。定量分析了雾化介质中雾化量与放电能量、气体压力、氧气浓度之间的相互作用对加工过程稳定性的影响,建立了相应的临界关系模型,在此基础上进行了雾化烧蚀成形加工工艺规律的探索研究。5.钛合金放电烧蚀加工表面氧化层去除机理及工艺。从表面形貌、氧化层厚度及显微硬度等方面,阐述了钛合金烧蚀加工表面氧化层去除的必要性,提出采用氩气雾化电火花加工方法,实现了钛合金表面近无氧化层加工,其可以作为中加工工序。采用曲面响应法建立了氧化层厚度的数学回归模型,确定去除氧化层的加工余量。通过对雾化烧蚀成形加工与氩气雾化电火花加工的衔接工艺规划,实现了在同一台烧蚀成形机床上先后完成钛合金零件的高效粗加工与氧化层去除的中加工。通过曲面响应法建立了氩气雾化电火花去除烧蚀氧化层的加工参数选择经验模型,试验结果证明该加工方法可以完全去除钛合金烧蚀加工表面的氧化层,且加工的表面几近无微裂纹及微孔存在,表面显微硬度相对降低15%,表面粗糙度降低约67%,为后续钛合金零件的精加工奠定了基础。6.钛合金典型样件的高效可控烧蚀成形加工。实现了传统电火花加工无法完成的深径比达52的异型盲孔及类径向扩压器的变截面型腔样件加工,采用氩气雾化电火花加工方法完成了型腔样件的表面无氧化层加工。