设计·研究 《电加工与模具）２０１６年第４期 刘仁体，邱明波，徐安阳，刘志东，田宗军 （南京航空航天大学机电学院，江苏南京２１００１６） p电火花诱导烧蚀磨削修整复合加工方法研究 摘要：针对放电诱导烧蚀加ｉｆ－在高效加３－的同时易在工件表面产生巨大烧蚀坑的问题，提出 了电火花诱导烧蚀磨削修整复合加工方法。对钛合金ＴＣ４进行了电火花加工、烧蚀加工、诱导烧蚀 磨削修整复合加工的对比实验，研究机械磨削作用对烧蚀性能的影响。在钛合金烧蚀加工实验过 r程中，用复合机械磨头进行修整能显著提高加工效率，达到１１０７ ｍｍ３f／ｍｉｎ，是同等条件下电火花加 工的６．７７倍、烧蚀加＿Ｔ－的１．２７倍。由于存在机械磨削修整作用，可在线去除烧蚀产物，露出基体材 料，工件表面粗糙度优于烧蚀加工，甚至优于同等电参数下的电火花加工，P达到了在获得高效加Ｓ－ 的同时提升表面质量的目的。 关键词：电火花加工；烧蚀加工；磨削加工；表面质量 中图分类号：ＴＧ６６１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２７９Ｘ（２０１６）０４—０００１—０６ eＳｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ＥｌｅｃｔｒＯ—ｄｉｓｃｈａｒｇｅ lＭａｃｈｉｎｉｎｇ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ａｂｌａｔｉｏｎ Ａｄｄｅｄ Ｇｒｉｎｄｉoｎｇ Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｌｉｕ Ｒｅｎｔｉ，Ｑｉｕ Ｍｉｎｇｂｏ，Ｘｕ Ａｎｙａｎｇ，Ｌｉｕ Ｚｈｉｄｏｎｇ，Ｔｉａｎ Ｚｏｎｇｊｕｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌi ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｌｉｆｎｉｓｈｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔgｅｃｔｒｏ－ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ（ＥＤＭ）ｉｎｄｕｃｅｄ ａｂｌａｔｉｏｎ ａｄｄｅｄ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｃｒａｔｅｒｓ ｏｎ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ＥＤＭ ｉｎｄｕｃｅｄ ａｂｌａｔｉｏｎ．Ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ＥＤＭ ｉｎｄｕｃｅｄ ａｂｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ＥＤＭ ｉｎｄｕｃｅｄ ａｂｌａｔｉｏｎ ａｄｄｅｄ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｆｉｎｉｓｈｉsｎｇ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｆｏｒ Ｔｉ－６Ａ１－４Ｖ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｏｎ ａｂｌａｔｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｃａｎ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｔｏ １ １０７ ｍｍ３／ｍｉｎ．６．７７ ｔｉｍｅｓ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ＥＤＭ ａｎｄ １．２７ ｔｉｍｅｓ ｏｆ ａｂｌａｔｉｏｎ．ＯｗｉPｎｇ ｔｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｇｒｉｎｄｉｎｇ，ｔｈｅ ｒｅｇｅｌａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ａｂｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｒｅｍｏｖｅｄ，ｔｈｅ ｍａｔｒｉｘ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗａｓ ｅｘｐｏｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓzｅ ｏｆ ｏｂｔａｉｎｉｎｇ ｂｏｔｈ ｂｅｔｔｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｗａｓ ｔｈｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＥＤＭ；ａｂｌａｔｉｏｎ；ｇｒｉｎｄｉｎｇ；ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ z电火花加工技术具有不受工件材料强度、硬度 Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８进行的电火花电弧复合铣削加工中，获 等机械性能的特点，是难加工材料的重要加工 得了高达１３ ４２１ ｍｍ３／ｍｉｎ的材料去除率 。赵万生 手段，但较低的加工效率严重制约了该技术的进一 等提出了高速电弧放电加工方法，加工镍基高温合 步发展应用ｌｌ－２１。针对电火花加工效率低的问题，国 金ＧＨ４１６９的材料去除率可达１４ ０００ ｍｍ３／ｍｉｎ［５－７］。 内外学者进行了深入研究。刘永红等提出了一种超 刘志东提出了电火花诱导烧蚀加工的新方法，依靠 高效电火花电弧复合加工技术，在对镍基高温合金 工件材料燃烧产生的化学能去除材料，能显著提高 加工效率达数十倍［８１。徐安阳等在电火花烧蚀的基 收稿日期：２０１６－０２—２２ 础上，设计了气液混合功能电极烧蚀车削加工系 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１２０５１９７，５１１７５２５６）；航 统，气液混合功能电极能将氧气与工作液从专用通 空科学基金资助项目（２０１３ＺＥ５２０６９）；高校基本科 研专项基金资助项目（ＮＱ２０１４００２） 道通入加工区域，并均匀地混合在一起，该方法能 第一作者简介：刘仁体，男，１９９０年生，硕士研究生。 形成分散均匀的气泡，避免了氧气不均匀造成的局 一１一 zzzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrp设计·研究 耗的影响，采用如图７ａ所示的削边电极在表１所 示条件下进行微细孔加工实验，并与直径１６２ Ｉ．ｚｍ 的圆柱电极进行对比实验，对比研究了两种电极分 《电加工与模具｝２０１６年第４期 ｉｎ ＥＤＭ ｇａｐ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ．１９９７．２：４３—４９．一 别在１０００、６０ ０００ ｒ／ｍｉｎ两种主轴转速下的电极相 对损耗情况，伺服进给速度均为３ Ｉｘｍ／ｓ。 从图９可看出，在同一主轴转速下，削边电极 的电极相对损耗小于圆柱电极；且在采用削边电极 p加工学会 ，２００７，４１（９８）：１４８—１５２． 【２】 增泽隆久．放鼋加工 ７ 夕口加工 ［３】 ＫＯＥＮＩＧ Ｗ，ＷＥＩＬＬ Ｒ，ＷＥＲＴＨＥＩＭ Ｒ，ｅｔ ａ１．Ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｇａｐ ｗｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｏ－ｄｉｓｃｈａｒｇｅ－ｍａｃｈｉｎｉｎｇ［Ｊ］． Ａｎｎａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＩＲＰ，１９９７，２５（１）：７ｌ一７６． 一 二二＝ 一应用『Ｊ］．鼋气 ［４］ 吴品．旋转电极的电火花孑Ｌ加工实验研究［Ｄ】．上海：上 矾 的情况下，提高主轴转速对于降低电极损耗的效果 海交通大学，２００７． 更明显。当主轴转速为１０００ ｒ／ａｒｉｎ时，削边电极的 【５］ ＫＵＮＩＥＤＡ Ｍ，ＨＡＹＡＳＡＫＡ Ａ，ＹＡＮＧ Ｘｉａｏｄｏｎｇ，ｅｔ ａ１． 相对损耗率相比于圆柱电极降低了６％；而当主轴 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｎａｎｏ ＥＤＭ ｕｓｉ转速为６０ ０００ ｒ／ｍｉｎ时，削边电极的相对损耗率比 极极 电电柱边 圆削 口■r ２－＿－＿Ｊ ｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ】．Ａｎｎａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ●ＩＣＩＲＰ，２００７，一 ５６（１）：２１３—２１６． 圆柱电极降低了９％；采用削边电极且主轴转速为 ［６ ６］ＹＡＮＧ Ｘｉａｏｄｏｎｇ，ＫＩＭＯＲＩ Ｍ，ＫＵＮＩＥＤＡ Ｍ，ｅｔ ａ１． ６０ ０００ ｒ／ｍｉｎ时的电极相对损耗率约为采用圆柱电 Ｍａｃｈｉｎｉfｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏ ＥＤＭ ｕｓｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ 极且主轴转速为ｌ０００ ｒ／ｍｉｎ时的一半。该结果说明 ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｆｅｅｄｉｎｇ 【Ｃ］／／Ｐｒｏｅｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＳＥＭ ＸＶ． Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，２００７：２３ ｌ一２３４． 采用高转速的削边电极能进一步降低电极相对损 P【７】 ＹＡＮＧ Ｘｉａｏｄｏｎｇ，ＫＵＮＩＥＤＡ Ｍ，ＳＡＮＯ Ｓ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ 耗率。这是因为高转速加上电极进行削边处理后， ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｔｒａｙ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｉｎ Ｍｉｃｒｏ ＥＤＭ ｕｓｉｎｇ 能进一步提高极间间隙工作液的流动性，因此能更 ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｆｅｅｄｉｎｇ【Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ 有效地降低电极表面温升，从而降低电极损耗。 elＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ，２００８（１ ３）：３５—４Ｏ． ［８ ８］ＫＯＹＡＮＯ Ｔ，ＹＡＨＡＧＩ Ｙ，ＫＵＮＩＥＤＡ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｈｉｇｈ ｓｐｉｎｄｌｅ ｓｐｅｅｄ ｍｉｃｒｏ ＥＤＭ ｕｓｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ 褂 oｆｅｅｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ［Ｃ￣／Ｐｒｏｅｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ 耀 Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ．Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０１０：７５９— 靛 i７６０． 毯 脚 （上接第６页） ｌＯｏｏ ｒ／ｍｉｎ １Ｏｏ０ ｒ／ｍｉｎ ６０ ０００ ｒg／ｍｉｎ ６０ ０００ ｒ／ｍｉｎ 【６】 徐辉，洪汉，顾琳，等．高速电弧放电加工的多孔电极制 图９圆柱电极与削边电极在不同主轴转速下的 备［Ｃ］，／第ｌ５届全国特种加工学术会议论文集（上）．南 电极相对损耗对比 京，２０１３：４２８—４３３． ［７】 洪汉，赵万生，顾琳．侧铣式高速电弧放电加工工艺研 ３ 结论 s究［Ｊ］．电加工与模具，２０１４（４）：４—７． （１）在微细孔加工中，无论是采用圆柱电极还 P［８】 刘志东，田宗军，邱明波，等．电火花诱导可控烧蚀金属 是削边电极，主轴转速的提高都能使材料去除率增 材料高效切削加工方法：２０１１１０１９２８６３．Ｘ【Ｐ１．２０１１－１ｌ一 ３０． 大，同时降低电极损耗；与圆柱电极相比，采用削边 『９］ＬＩＵ Ｚｈｉｄｏｎｇ，ＸＵ Ａｎｙａｎｇ，ＱＩＵ Ｍｉｎｇｂｏ，ｅｔ ａ１．Ｂａｓｉｃ ｓｔｕｄｙ 电极并提高主轴转速，对于增大材料去除率和减小 ｏｆ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ－ｍａｔｅｒｉａｌ ｒｅｍｏｖａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ ｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ 电极损耗的效果更明显。z ． ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ［Ｊ１．Ｐｒｏｃｅｄｉａ ＣＩＲＰ，２０１３，６：６４－７０． （２）采用圆柱电极时，主轴转速为６０ ｏｏｏ ｒ／ｍｉｎ ［１０】徐安阳，刘志东，许俊，等．功能电极电火花诱导烧蚀加 时的最大材料去除率是主轴转速为１０００ ｒ／ｍｉｎ时 工模具钢Ｃｒｌ２实验研究［Ｊ］．上海交通大学学报， 的４倍；采用削边电极、主轴转速为６０ ０００ ｒ／ｍｉｎ时 ２０１３，４７（１ １）：１７０２－１７０６． 的材料去除率是采用圆柱电极、转速为１０００ ｒ／ｍｉｎ ［１１】徐安阳，刘志东，李文沛，等．功能电极烧蚀加工典型难 时的５倍。 加工材料实验研究［Ｊ］．南京航空航天大学学报， （３）采用削边电极且主轴转速为６０ ０００ ｒ／ｍｉｎ ２０１４，４６（５）：７６３—７６８． ［１２］王琳，刘志东，邱明波，等．钛合金ＴＣ４电火花诱导可控 时的电极相对损耗比采用圆柱电极且主轴转速为 烧蚀高效磨削技术研究［Ｊ］．航空学报，２００７，３３（８）： １０００ ｒ／ｒａｉｎ时降低了近一半。 １５２４—１５３０． ［１３】陈龙海，刘志东，邱明波，等．钛合金电火花诱导可控烧 参考文献： 蚀及车削修整复合加工试验研究［Ｊ］．电加工与模具， …１ ＫＵＮＩＥＤＡ Ｍ，ＹＡＮＡＴＯＲＩ Ｋ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｄｅｂｒｉｓ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ２０１３（３）：１—６． 一ｌ】一 zz
