电火花穿孔组合加工及再铸层研究

摘要

电火花穿孔加工目前已经成为航空发动机涡轮叶片气膜孔加工的重要加工方法。但由于电火花穿孔加工机理是依靠放电热能蚀除材料，因此加工表面覆有再铸层和微裂纹，将大大降低材料耐疲劳和耐腐蚀强度。为此，如何减少及去除航空材料电火花穿孔后形成的再铸层及微裂纹一直是业内研究的重点。本文针对电火花加工穿孔加工表面存在再铸层问题，首先使用负极性电火花加工和电解电火花复合加工两种加工方法进行了穿孔加工试验。而后充分结合了负极性电火花加工和电解电火花复合加工的优点，提出了一种基于电火花加工的穿孔组合加工工艺。先进行电解电火花复合加工至小孔穿透，再在小孔出口处进行外冲液的负极性电火花加工。本文完成主要工作如下： （1）基于高速电火花穿孔机进行组合加工试验平台的搭建，实现极性转换和电解电火花复合加工。根据负极性电火花加工和电解电火花复合加工的特点，提出一种新的组合加工方法，并设计了其工艺流程。针对该组合加工进行穿透检测方案设计，通过电极穿透前后开路电流变化，对穿透时刻进行检测。 （2）为减少钛合金电火花穿孔加工再铸层和微裂纹，采用电火花负极性加工和电解电火花复合加工进行了钛合金穿孔加工，并对加工速度、孔壁再铸层和微裂纹分别进行了分析。实验结果表明，在本文试验条件下，相比常规的正极性加工，负极性加工再铸层厚度减少了65%，材料去除率降低31%；采用电解电火花复合加工，材料去除率相比正极性加工提高18%，且能基本去除再铸层和微裂纹，但在孔出口穿透过程中存在效率低、侧壁放电等问题。 （3）提出了一种新的组合穿孔加工方法并进行试验，即先采用电火花电解复合加工方法进行加工，然后在小孔出口处转换为外冲水的负极性加工。试验结果表明：与传统电解电火花复合加工相比，单孔加工时间降低44%，小孔形状和尺寸精度明显改善。最终得到的孔壁只在出口附近有厚度7μm以下再铸层，且未发现明显微裂纹。

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