电火花加工技术在现代制造领域,特别是模具制造领域占据着重要的地位,有着不可替代的作用。但常规的电火花加工又存在着明显的缺陷,如加工表面质量较差、精加工效率低下、大面积精加工较困难等,使得加工后的模具表面不能直接使用,而必须通过抛光以提高其表面质量。通过在工作液中添加硅、铝等微细粉末,混粉电火花加工技术克服了上述缺点,降低了表面粗糙度,改善了加工表面的质量,可实现大面积表面的光整加工,具有广阔的应用前景。然而,由于对其机理和工艺研究的不足,混粉电火花加工技术未获得大范围推广应用。为此,本文在系统总结国内外大量文献资料的基础上,以实验研究与理论分析相结合的方式,对混粉电火花加工的机理和工艺特性进行了深入研究,丰富和完善了混粉电火花加工技术现有的理论成果。 首先,深入研究了混粉电火花加工的机理。由粉末颗粒在放电间隙中引起的电场畸变入手,运用Wagner模型,分析计算了粉末颗粒对放电间隙和工作液复合介电系数的影响,发现放电间隙的增大程度远高于复合介电系数的增大程度,结果导致极间等效电容减小,于是混粉电火花加工的稳定性会提高。运用流光(流注)理论对混粉电火花加工极间介质击穿的微观过程进行了详细论述,并在此基础上研究了放电通道的位形,认为放电通道由一电极表面流经粉末颗粒到达另一电极表面而形成串连放电,且以单通道放电为主,而正极放电点面积的增大改变了正极表面的热量分布,确保了加工表面粗糙度的改善。同时,由于粉末的存在,使前后两次脉冲放电的放电点位置无相互依赖关系而随机出现,从而实现了放电点的良好分散。 针对混粉电火花加工的工艺特性,以硅粉工作液为基础进行了实验研究。首先研究了混粉电火花加工中的极性效应,分别采用钢加工钢和铜加工钢两种电极组合,探讨了不同加工阶段采用不同加工极性时对表面粗糙度、材料去除率和电极损耗率的影响规律:随后,又研究了峰值电流、脉冲宽度、工具电极材料、工件材料、加工面积、冲油方式、以及电极转速等因素对表面粗糙度和材料去除率的影响规律,并分析了各自的影响原因。 根据工艺过程对粉末材料多样性的要求,研究了硅、铝两种粉末材料的加工工艺效果,发现适当增大铝粉工作液的浓度,可以达到与硅粉工作液相近的表面粗糙度和较高的材料去除率。而通过改变铝粉工作液的浓度,研究了粉末浓度对加工工艺特性的影响,发现粉末浓度保持在一个适宜的范围内对于改善加工表面粗糙度和提高材料去除率均有积极意义。 最后,对混粉电火花加工工件的表面特性进行了研究。分别针对不同工件材料及不同混粉工作液的组合,分析了加工表面的微观形貌,观测了主要参数对表面显微裂纹的影响规律,得到了不同工件材料在不同混粉工作液中加工时的裂纹分布图;针对硅粉工