《高速電弧放電加工技術基礎研究》是依託上海交通大學，由趙萬生擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：高速電弧放電加工技術基礎研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：趙萬生
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高溫合金等難切削材料的高效加工難題已成為長期制約我國航空發動機研製與生產的重大瓶頸。本項目提出一種源頭創新的高速電弧放電加工方法。通過利用大電流電弧放電提供能量密度很高的特種能場，採用水基工作液介質，施加高速多孔內沖液，形成獨特的流體動力斷弧作用，成功地實現了高溫合金等難切削材料的高效加工。本項目將針對這一新技術的未知機理、科學問題以及加工特性等開展系統深入的基礎研究，以期對這一新技術獲得系統、科學的認知，為形成高速電弧放電加工技術體系提供理論依據。採取觀測、實驗及數值模擬等方法重點研究：(1)高速電弧放電加工中電漿弧柱形成與演變過程；(2)等離子弧柱對陽極高效蝕除但對陰極蝕除很少的極性效應機理；(3)各核心技術要素對高速電弧放電加工工藝性能的影響規律；(4)典型高溫合金複雜曲面零件的加工適用性驗證。所獲得的研究成果將有助於我國在這一新的學術方向及其產業套用方面爭取先發優勢。
結題摘要
研究工作針對電弧放電加工的高效材料去除機理和利用高速電弧放電實現航空航天難切削材料的高效加工等科學問題及相關工程套用問題而開展了全面、系統的研究並取得了顯著的成果。在機理方面，首先驗證了流體動力斷弧機制的存在及其在高速電弧放電加工中的重要作用，觀測和分析電弧放電通道在流體動力斷弧機制下形態變化的過程和放電加工蝕除顆粒從熔池內排出的過程，並測量和分析了出電弧放電通道的溫度特徵並採用雙線法對放電通道溫度進行了測量。推導出放電通道在擊穿放電之後的擴張階段的半徑表達式，發現放電通道擴張階段的傳熱時間累積效應。建立了考慮時間累積效應的熱分析模型和高速電弧放電加工的“先擴張後偏移”材料蝕除模型，擬合了流體動力斷弧機制下尾狀放電痕的形成，並且從能量利用效率的觀點解釋了高速電弧放電加工能夠獲得較大的材料去除效率的原因。 在機理研究成果的基礎上，針對航空航天典型難切削材料，特別是高溫合金、鈦合金和碳化矽鋁基複合材料等進行了系統的電弧放電加工工藝特性研究，並研究了極性效應對加工性能的影響。加工效率較傳統電火花加工提高了20-30倍，加工高溫合金的效率較傳統銑削加工提高1倍以上，而加工表面的熱損傷與傳統電火花加工接近，對後續精加工不產生不良影響。對於開敞型腔及葉盤類零件的加工需求和高速電弧放電加工的特點，提出了高速電弧放電側銑加工工藝。針對複雜形狀的閉式渦輪葉盤的高效加工需求，結合高速電弧放電加工，提出了新型的疊片電極形式，並進行了理論及實驗研究，實現了閉式形狀的沉入式高效BEAM加工。為解決高速電弧放電加工效率高，但加工精度有限的問題，提出了高速電弧放電加工表面質量改進的組合加工方法，使其具有高效、低成本和較好表面質量的特點。實現了多件航空航天套用背景樣件的加工，為高速電弧放電加工技術邁向工業套用奠定了基礎。
