超声辅助电火花沉积加工工艺研究.pdf

摘要

电火花沉积工艺以其热影响区小、结合强度高、沉积层均匀性好等特点，在航空

航天等行业零部件的表面强化和失效零部件表面修复方面应用广泛。它不仅可以对有

缺陷零部件进行修整加工，还能够加工出具有曲面特征的微型三维结构。

针对电火花沉积技术存在的沉积效率低下和表面积碳问题，本文提出超声辅助电

火花沉积工艺。施加超声振动后，可以细化熔滴，减少积碳，显著提高电火花沉积速

度和沉积质量。本文主要研究超声振动辅助电火花沉积加工TC4钛合金工件的部分关

键技术，文章主要研究内容如下：

（1）基于超声辅助电火花沉积加工中极间电压随着放电间隙变化的现象，建立了

超声辅助电火花沉积加工的放电电压模型。对加工过程中的放电状态进行区分，建立

了包含电流、电压、放电持续时间等实验参数的单脉冲电火花沉积和超声辅助电火花

沉积加工的能量模型和高斯热源模型。

（2）建立单脉冲电火花沉积和超声辅助电火花沉积的温度场模型和材料沉积体

积模型，借助有限元分析对电极与工件展开了瞬态热力学求解。对温度场和沉积熔滴

体积进行仿真分析，依据仿真结果进行了加工工艺参数预测和黄铜微圆柱沉积试验验

证。探究超声振幅对电火花沉积加工中心温度及沉积物体积的作用规律，为超声辅助

电火花沉积工艺的发展提供理论依据。

（3）分析超声辅助电火花沉积过程中电极末端的运动路径，对超声辅助电火花沉

积加工中超声振幅、电流、脉宽、脉间等加工参数与沉积速度、表面质量和显微硬度

的相关关系进行了实验研究。研究发现：小电流、窄脉宽、大脉间、低振幅有利于沉

积加工的实现。若超声振幅处于最大放电间隙内，沉积效率与振幅呈正相关关系；若

超声振幅超出最大放电间隙，沉积效率与振幅呈负相关关系。

关键词：超声辅助电火花沉积；加工工艺；温度场模型；微圆柱体；沉积效率

ABSTRACT

Duetosmallheat-affectedzone,highbondstrengthanduniformityofthedeposited

layer,EDMdepositioniswidelyusedinsurfacestrengtheningandsurfacerepairoffailed

partsinaerospaceindustry.Itcannotonlymodifythedefectiveworkpiece,butalsoprocess

thethree-dimensionalfinestructurewithconcavesurfacecharacteristicsandconvexsurface

characteristics.

Inresponsetothebottleneckssuchaslowdepositionefficiency,andsurfacearea

carbon,thethesisproposesanultrasonic-assistedEDMdepositionprocess.Theapplication

ofultrasonicvibrationcansignificantlyimprovethevelocityanddepositionqualityofthe

EDMdeposition,refinethemeltingdrops,andreducetheaccumulationofcarbon.Research

onthekeytechnologiesoftheTC4titaniumalloysworkpiecearoundultrasonic-assisted

EDMdeposition(UEDMdeposition)contentgenerallyincludesthefollowingaspects:

(1)Basedthefactthattheinter-electrodevoltagechangeswiththedischargegapin

UEDMdeposition,thedischargevo