SiCp/Al复合材料往复多线电火花线切割加工新方法的基础研究

Particulate reinforced SiCp/Al composites show great prospect in the domains of electronic packaging and thermal control for theirs excellent thermal and mechanical properties, and adjustable particle characteristics. In the project, a newly reciprocated multi-wire electrical discharge machining (multi-wire EDM) method for SiCp/Al composites ingot was developed. These relative basic theory, processing laws, equipment design and control strategy are also contributed to the study. The material erosion mechanism of SiCp/Al composites will be discussed. The experimental device for reciprocated multi-wire EDM, power pulse generator and control system are need to be developed. The discharge characteristics and processing laws are analysised, and workpiece surface characteristics are evaluated. The migration mechanism of discharging points in multi-wire EDM process for a wire electrode is discussed. In addition, these interactive influences on the machining efficiency and quality for the multi-wire EDM process, including the SiC particles characteristics (size and volume fraction), pulse discharge energy levels and waveforms, numbers of the wire electrode, servo motion parameters etc, are investigated. Through the equipped multi-wire, reciprocated wire for recycle, and adopted cooperative control strategy of pulse discharge energy and servo movement, the newly process having high efficiency and low cost will be stable and controllable. The contributions of the research will enrich the connotation of EDM and promote the industrial applications of metal matrix composites.

颗粒增强铝基碳化硅（SiCp/Al）复合材料具备优良的热、力学性能及颗粒特性可调节特点，在电子封装/热控领域有着巨大的应用前景。本项目探索SiCp/Al复合材料切片的往复多线电火花线切割加工新方法, 对其相关的基础理论、工艺、装备及控制策略进行深入研究。探讨SiCp/Al复合材料的放电加工蚀除机制；研制单丝往复多线电火花线切割加工实验装置、脉冲电源和控制系统；进行多线切割加工过程放电特性、工艺规律分析和工件表层特性评定；探讨单电极丝往复多线切割过程中放电点的迁移机制；分析SiC颗粒特性（尺寸和体积分数）、脉冲放电能量等级和波形、电极丝的线数、伺服运动参数对SiCp/Al复合材料加工效率和质量的交互影响；通过多线切割、电极丝循环利用、脉冲放电能量和伺服运动的协同控制，实现针对该复合材料切片的高效、低成本的可控加工。该研究既可丰富电火花加工技术的内涵，又可促进金属基复合材料的产业应用。

颗粒增强铝基碳化硅（SiCp/Al）复合材料具备优良的热、力学性能及颗粒特性可调节特点，在航空航天、电子封装/热控等领域有着巨大的应用前景。本项目探索往复走丝多线电火花线切割加工新工艺方法及其针对SiCp/Al复合材料切片的工艺应用，通过装置研发、理论分析和实验研究，探讨多线同步切割放电加工过程中的基础理论、工艺规律和零件加工表面完整性等关键问题。.课题具体的研究内容包括: 对实验室原有快走丝电火花线切割加工机床进行改造，建立了电火花加工走丝系统多自由度振动模型，在对多种多线走丝方式优化分析的基础上，研制了单丝往复多线电火花线切割加工实验装置；进行了SiCp/Al复合材料电火花加工过程材料蚀除机理的单脉冲/连续脉冲仿真、试验和加工表面表征及重构等基础研究工作；从时间和空间双维度进行了多线电火花线切割加工过程的放电状态特性研究，建立了基于电位差法的多线电火花线切割加工放电点位置检测模型，研制了多线电火花线切割加工放电状态统计和放电点分布同步实时检测集成系统，实现了不同放电状态的放电率、各个切割平面内放电点个数及分布的实时同步检测；开展了SiCp/Al复合材料的多线电火花线切割加工实验研究，分析了SiCp/Al复合材料电火花线切割加工的材料蚀除特性，总结了各加工参数、切割线数对加工效率、表面粗糙度、切缝宽度及不同切割平面内放电均匀性的影响规律，实现了3-10多线多种材料样件的稳定可控加工，完成了立项目标。在基金的资助下，项目组还进行了微细电火花、微细铣削和微成型组合加工工艺方法、多线微细电火花线切割加工以及电火花加工工艺制备超疏水结构的基础研究工作，拓展了研究内容，丰富了多线电火花线切割加工方法的工艺应用。.结合课题进展，发表学术论文13篇（标注资助），其中被SCI检索10篇（JCR1区TOP期刊5篇）；申报国家发明专利1项；培养博士研究生2人（毕业1人）、硕士研究生8人（毕业6人）。