高熔点热粘合金微细通道电火花加工关键技术研究

面向国家重大装备对具有微尺度特征的难加工材料关键零部件制造需求，针对高熔点热粘合金（如不锈钢、因瓦合金、钛合金等）熔点高、热粘附性强等特点导致排屑困难、加工稳定性差、效率低的问题，研究其微细通道电火花加工关键技术，探索基于电蚀产物成分、电极及工件电蚀后几何形状分析的电极损耗模型及补偿方法，提出基于Type-2模糊逻辑的电火花放电状态检测方法，建立基于局域波分解的放电状态预测模型，制定电极伺服进给策略以保证加工过程的高稳定性；研制结合超磁致伸缩激振器和高速电主轴驱动的旋振辅助排屑装置并进行工艺试验，揭示放电参数、电极旋转和工件振动参数对加工效率的影响规律，给出以加工效率为目标的工艺参数最优组合；构建微细通道电火花加工系统并开展验证试验，最终实现特征尺寸0.05-0.1mm高熔点热粘合金微细通道的电火花高效稳定加工，为提升我国高精尖重大装备中具有微细结构的关键零部件制造能力和水平提供技术基础。

面向国家重大装备对具有微尺度特征的难加工材料关键零部件制造需求，针对高熔点热粘合金（如不锈钢、因瓦合金、钛合金等）微细电火花加工由于熔点高、热粘附性强等特点导致电蚀产物排除困难、加工稳定性差、电极损耗严重、效率低等问题，开展了高熔点热粘合金微细通道电火花加工关键技术研究。针对高熔点热粘合金微细通道电火花加工中电极损耗严重的难题，探索基于电极及工件电蚀后几何形状分析的电极损耗模型及定长补偿方法；在此基础上，提出了基于正方形约束的可变步长和可变周期插补方法，并搭建了高熔点热粘合金微细通道铣削加工数控系统，该系统相比传统方法在高熔点热粘合金微细通道加工中效率提高30%；针对微细电火花加工中放电状态难以检测、辨识的难题，提出了基于区间Type-2模糊逻辑的放电状态检测方法及加工过程控制策略，并在此基础上开展了基于经验模式分解的微细电火花加工放电状态预测方法，其离线预测精度可达70%以上；为解决传统检控方法的滞后性并实现实时预测，提出了基于灾变灰色预测理论的微细电火花放电状态预测控制方法，该方法相比传统的检控方法加工效率和加工质量都得到显著提高，加工效率比模糊控制法提高23.9%；针对相对体积损耗比难以精确测量的难题，提出了基于电蚀碎屑成分分析的相对体积损耗比测量方法，测量了采用钨、钼、铜电极加工不同工件的相对体积损耗比，并得到不同工件材料加工的最佳电极配对；针对高熔点热粘合金微细电火花加工中由于高温热粘性导致电蚀碎屑排除困难的问题，研制了结合超磁致伸缩激振器和高速电主轴驱动的旋振辅助排屑装置并进行工艺试验，有效提高其加工效率并揭示振动频率对加工效率的影响规律；针对加工效率和电极损耗两个工艺目标，开展高熔点热粘合金微细通道正交加工实验，研究工艺参数（峰值电流、电容、脉宽和脉间）对单个加工目标的影响规律，同时采用基于支持向量机回归和非支配排序遗传算法多目标优化算法对工艺参数进行了优化，得到了同时获得最快加工效率和最小电极损耗的工艺参数组合，比正交实验方法获得的单目标电参数组合效率提高了14.5%，同时电极损耗降低了2.8%。本项目针对微细通道电火花加工中电极补偿、放电状态检测辨识、预测控制及关键工艺规律进行了深入研究，最终实现高熔点热粘合金（不锈钢、因瓦合金及钛合金）微细通道高效、稳定的电火花加工，为提升我国重大装备中具有微细结构的关键零部件制造能力和水平提供技术支撑。