《難切削材料的高效電弧放電輪廓切割加工基礎研究》是依託上海交通大學，由顧琳擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：難切削材料的高效電弧放電輪廓切割加工基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：顧琳
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高能量密度的電弧具有高效蝕除材料的能力，這使其成為解決航空航天難切削材料加工難題的新途徑之一。針對具有直紋面特徵、大去除量的難切削零部件的高效加工需求，本項目提出了高效電弧放電輪廓切割加工技術。該技術採用細長棒狀電極，利用電弧側面放電實施輪廓加工。針對大能量、大切深及窄縫的特殊工況，擬利用電極高速旋轉和同軸外沖液來實現基於機械運動和流體動力的複合斷弧，並藉助輔助振動解決高效排屑的問題。本項目將對電漿弧柱在兩種斷弧機制綜合作用下的物理演化過程進行分析，探明斷弧的物理本質及複合斷弧的臨界條件；探索並完善多場作用下的材料蝕除模型，揭示電弧切割加工之所以高效的獨特機制。同時，使用專用試驗台對電弧在多場耦合作用下的狀態及蝕除效果進行觀測。最終，採用實驗設計與分析的方法建立並最佳化電弧高效切割加工工藝，從而為最終實現大厚度難切削材料構件的高效電弧放電輪廓切割加工提供可靠理論依據並奠定堅實的工藝基礎。
結題摘要
為解決具有直紋面輪廓特徵的難加工材料部件的加工難題，提出了高速電弧輪廓切割方法，通過套用具有高能量密度的電弧採用“輪廓切割加工方式”，實現難加工材料的直紋面整體大餘量高效、低成本去除加工。針對切割加工中的較大厚度較大、加工間隙較窄的縫加工工況，提出採用複合流體動力斷弧和機械運動斷弧的複合斷弧機制來實現對放電電弧的有效控制，以及並改善促進放電蝕除產物的高效排出效果。從複合斷弧機制下電弧電漿的現象觀測入手，深入開展了相關機理研究，完成搭建基礎工藝平台的搭建並開展了相關工藝驗證實驗。研究表明，電弧放電切割加工可以實現難切削材料的高效加工，為航空航天領域中開敞式或中空式結構零件的大餘量、高效去除提供新的技術途徑。本研究取得以下成果：1.設計並搭建了具有複合斷弧功能的電弧放電加工觀測平台，觀測了無斷弧作用、單因素一條件斷弧、和複合斷弧條件下的電弧電漿偏移過程和放電蝕坑形貌，分析了實現斷弧的臨界條件。在複合斷弧作用下，電漿熱源在工件表面移動效果更加明顯，放電蝕坑為長且淺的長條形狀，且高速流場和相對運動都能促進熔融金屬高效排出；基於單因素斷弧機制下的電漿偏移演變和蝕坑形貌研究結果，得到了複合斷弧機制的臨界條件。2.建立了基於平衡放電理論的電極-電漿-工件全區域模型，研究分析了電弧電漿通道內能量轉換、電漿溫度分布、和電極和及工件熱蝕除等過程情況。3.分析了電弧電漿通道演變規律，推導了適用於電弧加工的電漿通道體積擴張方程，並通過電漿觀測實驗驗證了擴張公式的合理性。4. 基於電弧電漿觀測、仿真和理論分析，開展了複合斷弧機制下電弧加工材料蝕除建模研究，實現了電漿作用於工件的熱源等效處理，建立了考慮電漿通道擴張的“移動熱源和移動工件”材料蝕除模型。5.搭建了電弧輪廓切割加工實驗平台，實施了電弧輪廓切割加工驗證工藝試驗，以SiC/Al金屬基複合材料為對象開展了關鍵加工參數對切割面積效率和材料去除率影響的試驗研究，並進行了大厚度工件切割加工和典型結構件樣件加工試驗，效率達6,500 mm3/min，驗證了電弧輪廓切割加工的可行性和高效性。本研究共發表SCI檢索論文12篇，EI檢索英文會議論文2篇，授權發明專利3項，申請中3項，指導博士生畢業2人。
