直纹面构件广泛应用于航空航天、海洋工程、模具制造等领域。例如航空发动机叶片榫头/榫槽结构是典型的直纹面构件,其高疲劳寿命和高可靠性指标严格禁止工作面有重铸层、微裂纹存在。若采用电火花线切割或激光切割加工方法,必须进行后续加工去除重铸层以保证疲劳寿命。电解切割采用金属线作为工具阴极,基于电化学阳极溶解原理去除材料,可通过线电极的多轴数控运动加工出复杂直纹面构件。本文聚焦于大厚度零件高精度电解切割微尺度间隙内加工产物排出难题,提出线电极脉动态电解切割技术,利用削边线电极和肋状线电极的旋转或往复直线运动,扰动整个加工间隙内电解液,使其产生强对流运动,促进加工产物排出,提高加工效率和加工精度。论文主要完成了以下工作:(1)建立了电解切割加工的数学物理模型,采用有限元和动网格技术进行仿真分析,模拟了理想状态下电解切割成形规律。分析了非理想状态下,流场气泡等因素对加工的影响。(2)提出了削边线电极脉动态电解切割方法。削边线电极的旋转运动,产生脉动态流场和电场。建立了削边线电极电解切割加工间隙的流场和电场模型,计算表明加工表面的电流密度分布随削边线电极旋转呈周期性脉动变化;削边线电极对端面间隙内的电解液扰动更大,且侧面间隙的流量随线电极旋转呈脉动态变化。试验研究了削边线电极的削边宽度、旋转速度对切缝缝宽和最大进给速度的影响,试验结果表明,采用1/2削边线电极旋转运动电解切割加工5mm厚不锈钢材料,提高了加工精度;当旋转速度15000rpm时,光杆电极的最大进给速度为0.09mm/min,而采用1/2削边电极提高到了0.144mm/min,约为光杆电极的1.6倍。(3)提出了肋状线电极大幅值往复运动脉动态电解切割方法。肋状线电极的往复运动,产生脉动态流场和电场。建立了肋状线电极电解切割加工间隙的流场和电场模型,计算结果表明采用肋状线电极大幅值往复运动有利于充分带出加工产物;电流密度随往复运动周期性变化。试验研究了往复运动幅值、频率和进给速度对缝宽和加工效率的影响,采用线电极大幅值往复运动电解切割实现了加工20mm厚榫槽结构。试验结果表明,采用肋状线电极大幅值往复运动电解切割5mm厚不锈钢材料,提高了加工精度;当往复运动幅值5mm、频率1.5Hz时,光杆电极的最大进给速度为0.08mm/min,而采用肋状线电极提高到了0.1mm/min。(4)研制出基于直线电机驱动的电解切割加工机床。为了满足线电极大幅值高精度往复直线运动和工件低速高精度进给运动的加工需求,设计出基于直线电机的三轴运动平台;设计出引电和装夹装置、电解液循环系统,实现了线电极高速旋转、电解液重复利用;设计了一套电气控制软硬件系统,集成数控功能与加工过程监测功能等。(5)在线制备出大长径比削边线电极和肋状线电极。采用微细电解线切割方法,在线制备了削边线电极和肋状线电极,研究了多个参数对肋状线电极环形槽宽度的影响,得出了优化的加工参数;采用块电极往复运动电解反拷法制备出大长径比削边线电极,并建立了数学模型,进行了试验验证。(6)开展了线电极电解切割去除重铸层的试验研究。基于正交试验方法,在10mm厚不锈钢工件上进行了电解切割去重铸层试验,研究了脉冲电压、进给速度、吃刀量、工具电极及运动形式等因素对加工表面粗糙度、切割深度的影响,结果表明合适的加工参数可以有效快速地去除重铸层、提高加工表面质量,电解线切割去重铸层最优参数组合为脉冲电压20V,进给速度20μm/s,吃刀量0.1mm和光杆电极往复运动。