钛合金格栅精密高效电火花加工技术应用基础研究

摘要

随着航空航天的快速发展，对轻型化的要求越来越高，为此须从材料和结构两方面入手。钛合金格栅结合了钛合金材料高比强度、高热强度与格栅结构高比强度、高自稳定性的优势，在航空航天领域有着巨大的应用前景。但是，钛合金切削加工性能差，加工成本高，同时格栅结构的低刚度和对棱角尺寸的高要求也使其可加工性变差。由此可见，加工工艺是制约钛合金格栅进一步推广应用的关键因素。电火花加工不受金属材料强度、硬度的限制，不存在宏观切削力，可以满足较高的棱角尺寸要求，是钛合金格栅的理想加工工艺之一。但是，同其他金属材料相比，钛合金电火花加工过程稳定性差，特别是深度较大的格栅孔，加工产物难以有效排除，易出现拉弧放电，导致加工效率低、电极损耗大且表面质量差。

如何在保证表面质量的前提下提高加工效率，减小电极损耗是当下钛合金格栅电火花加工亟待解决的问题。通过对钛合金电火花加工进行机理分析与试验研究，掌握钛合金电火花加工基础工艺规律并逐步优化工艺参数组合，进而确定最佳工艺参数组合进行工程应用试验，主要研究内容如下：

首先，为掌握不同工艺参数对钛合金电加工特性的影响，对电极材料、石墨颗粒直径、极性、空载电压、伺服SV、峰值电流、脉冲宽度、占空比等工艺参数进行基础工艺试验，结合钛合金电火花加工机理对试验结果进行分析，得到各参数在特定情况下的优选值。

然后，为了对材料去除速度、电极损耗和表面质量等工艺目标进行综合评价，对可调工艺参数进行试验，运用灰色理论进行试验数据分析，将多工艺目标转化为单一考量指标（灰关联度），得到工艺参数组合优化方案。验证试验表明，该参数组合能够在保证表面质量要求的同时，有效提高加工效率、降低电极损耗。随着加工深度的增加，为了有效排除加工产物，提高钛合金电火花加工稳定性，对与周期性抬刀相关的工艺参数组合进行优化，结果表明，不同加工深度段存在不同的优化工艺参数组合，优化参数组合能有效提高总体加工稳定性与加工效率。

最后，进行钛合金格栅工程应用试验研究，在前期试验结果的基础上，针对斜面加工进一步优化参数组合，有效提高了加工效率。研究表明，不同棱柱个数的整体电极存在不同优化工艺参数组合。最终完成样件加工，在加工效率和表面质量上都满足加工要求。

基于上述研究，建立了钛合金电火花加工工艺参数基础数据库，分析得到了优化工艺参数组合，大幅度提高了钛合金格栅加工稳定性和加工效率，对工程中大量存在的钛合金阵列格栅型孔的精密高效加工具有重要工程应用价值。

研究成果

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