半导体电极多通道放电雾化烧蚀加工技术研究

This project proposes the Semiconductor electrode Multi-channel aerosol dielectric Ablation technology to achieve the multi-channel discharge at the same time by using the multi-channel discharge characteristics between semiconductor and metal materials. This method breaks through the existing theory of EDM that there is only one discharge channel in the same time and the discharge energy is dispersed. Multi-channel discharge activates metal materials after energy dispersion and the ablation reaction is happened between the aerosol dielectric and metal materials and workpiece is removed efficient. The ablation products continue to burn with oxygen in the discharge gap to release a large amount of heat. The liquid medium in the space is completely gasification and the volume is rapidly expanding to carry out the ablation products from the discharge gap. The main content is as follows: mechanism of multi-channel discharge, mechanism of aerosol dielectric ablation, medium expansion characteristic, processing law, pulse power supply, servo system and prototype device, et al. There are 3 main innovations in this project. 1, a new multi-channel discharge mode based on semiconductor materials is proposed. 2, combined the multi-channel and aerosol dielectric ablation to avoid the contradiction between the machining efficiency and the machining quality during the ablation process. 3, aerosol dielectric is used to solve the chip removal problem that the ablation products are removed by the expansion of aerosol dielectric.

本项目提出半导体电极雾化烧蚀加工技术，利用半导体与金属材料之间放电的多通道特性，实现同一时刻多个区域放电，摆脱了现有电火花加工理论中同一时刻只有一个放电通道的限制，放电能量得到有效分散。能量分散后同时形成多个放电通道活化金属材料，与通入的雾化助燃介质发生烧蚀反应，使工件材料高效蚀除。蚀除过程中的产物，继续与放电间隙中的氧气充分燃烧，产生大量热量，间隙中的液态介质全部气化，体积迅速膨胀，同时携带蚀除产物快速喷出放电间隙。主要内容有：多通道放电机理、雾化烧蚀高效蚀除机理、介质膨胀喷出特性、加工工艺规律以及专用设备等研究。主要创新有：一是提出基于半导体材料的多通道全新放电模式；二是采用多通道能量分散结合雾化烧蚀高效加工的方式，解决了烧蚀加工中加工效率与加工质量之间的矛盾；三是提出使用雾化介质进行烧蚀加工，介质受热膨胀排出蚀除产物，解决了高效放电加工的排屑难题。

针对传统电火花加工在单个脉冲期间仅有一个放电通道产生、放电能量集中于一点导致加工效率和加工质量之间的矛盾问题，提出半导体电极多通道放电雾化烧蚀加工技术。本项目进行了试验系统构建、多通道机理研究、放电特性研究、工艺规律研究等工作。具体工作如下：.1. 构建试验系统。包括多通道放电雾化烧蚀加工试验系统、群电极多通道电火花放电加工试验系统和单脉冲放电试验系统的改进、设计及研制。.2. 研制专用脉冲电源及伺服控制系统。.3. 研究半导体硅电极多通道放电机理及其加工特点。.4. 研究金属功能电极多通道电放电加工机理，建立多通道放电等效电路模型。.5. 研究多通道电极的不同功能结构及其制备工艺方法。.6. 建立多通道雾化介质烧蚀加工模型，研究多通道雾化介质烧蚀加工机理, 研究雾化介质膨胀排屑机理。.7. 通过温度场有限元仿真分析了烧蚀蚀除坑大小与放电通道数量的关系。.8. 对多通道电极损耗的工艺规律进行研究，以减少多通道电极损耗。.9. 研究了各种电参数、非电参数对多通道放电雾化烧蚀加工以及电火花加工的工艺影响规律。.10. 通过试验和参数优化，建立难加工材料工艺流程及优化工艺参数库。.11. 采用微量切深快速扫描的端面铣削方式实现难加工材料简单型腔环形槽的群电极多通道放电铣削加工。.通过项目研究实现了高温合金、钛合金、高强度钢等难加工金属材料的高效、高质量多通道放电加工。在项目进行过程中，培养了博士生4名（在读2名），硕士生9名（在读2名），发表论文29篇，其中SCI收录17篇，EI收录3篇，申请发明专利18项，已授权发明专利4项，获批软件著作权2项。在四年的研究过程中，研究进程按预先研究计划进行。本项目通过四年的研究工作，完成项目计划的全部内容。