超声辅助混粉电火花(Ultrasonic assisted Powder mixing Eectrical Discharge Machining,简称US-PMEDM)是在混粉电火花的基础上为工件附加轴向超声振动来提高加工效率的一种复合加工技术。本文从表面微观形貌、表面粗糙度、材料去除率、纳米硬度等角度出发,首先进行了电火花极性效应试验,接着探究了不同混粉种类及其浓度对加工性能的影响,最后对比研究了电火花和超声辅助混粉电火花在不同参数条件下的表面改性效果。主要研究内容及结论如下:(1)根据试验要求设计了具有微调功能的超声振动子(超声换能器和变幅杆总称)装夹装置,同时为避免超声振动系统与混粉电火花系统电回路的干扰,设计并加工出具有绝缘功能的工件夹具,夹具通过螺纹连接的方式固定在超声变幅杆的端面。(2)探讨了普通电火花放电加工时的极性效应对7Cr13Mo钢材表面改性效果的影响,综合分析改性加工后工件的表面微观形貌、粗糙度、材料去除率、纳米硬度以及改性层截面形貌等性能指标,得出正极性加工对7Cr13Mo材料的改性效果更好。(3)设置5个浓度梯度,对比研究了碳化硅和碳化钛粉末在不同浓度条件时对表面改性层性能指标的影响规律。当逐渐增大粉末浓度,两种混粉的改性效果呈现大致相同的变化趋势,表面粗糙度值先减小后增大,材料去除率和纳米硬度先增加后降低,表面微观形貌变差,同时表面粘附有微小颗粒。碳化钛粉末的改性效果均优于同等条件下的碳化硅粉末,并在浓度为10g/L时各项指标均达到最佳。(4)在前期试验的基础上设计出四因素三水平正交试验,分别在普通电火花和超声辅助混粉电火花两种方式下进行表面改性试验。保持电流不变,加大脉冲宽度,电蚀凹坑直径变大,表面微观裂纹缺陷增多,在小电流、大脉宽条件下,这种现象最为明显,加工表面呈现龟裂状,表面质量极差;在大电流、窄脉宽时,表面质量最好,几乎没有裂纹缺陷,同时US-PMEDM加工试样的表面粗糙度有所降低,材料去除率、纳米硬度都得到大幅提高,性能参数均优于同等加工条件下的EDM。单因素试验表明,当增大峰值电流,表面粗糙度和材料去除率、纳米硬度均出现一定的增幅。当增大脉冲宽度,表面粗糙度、材料去除率有所增加,表层纳米硬度反而降低。(5)利用综合平衡法得出最优参数组合:峰值电流为9A,脉冲宽度为15μs,间隙电压为60V,加工时间为10min,表层纳米硬度增加到11.895GPa,较基体提高了约2倍,材料去除率相较于EDM提高了285%,表面粗糙度比EDM有所降低,且表面改性层连续且厚度均匀,致密性更好。