【摘 要】
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加工介质对微细电火花加工性能的影响非常显著,在煤油、去离子水等液体介质中加工时,材料去除率很高,但工具电极损耗也很大,严重影响加工精度;在空气射流等气体介质中加工时,工具电极损耗率低,但是由于放电间隙太小,导致加工过程中短路率很高、加工效率低下。针对上述问题,本文提出以大气压冷等离子体射流（APPJ）作为微细电火花加工介质,开展了 APPJ中微细电火花加工的一系列理论研究与实验研究,成功实现了 A
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“冷等离子体射流中的微细电火花加工机理与方法”（项目编号:51475075）2015.1 -2018.12； 国家重大科技专项“高精度惯性器件制造装备研制”（项目编号:2013ZX04001091）2013.1-2017.12； 国家自然科学基金项目“航空发动机叶片进排气边缘的高精度修整技术的研究”（项
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加工介质对微细电火花加工性能的影响非常显著,在煤油、去离子水等液体介质中加工时,材料去除率很高,但工具电极损耗也很大,严重影响加工精度;在空气射流等气体介质中加工时,工具电极损耗率低,但是由于放电间隙太小,导致加工过程中短路率很高、加工效率低下。针对上述问题,本文提出以大气压冷等离子体射流（APPJ）作为微细电火花加工介质,开展了 APPJ中微细电火花加工的一系列理论研究与实验研究,成功实现了 APPJ中微细电火花加工,并与去离子水、空气射流等介质中的微细电火花加工特性作了对比,为降低微细电火花加工中的工具电极损耗、提高加工效率和表面质量等提供了新的方法与技术积累。论文的主要研究内容与结果如下:（1）在分析了当前典型APPJ产生方式及其特性的基础上,结合微细电火花加工技术对加工介质的要求,确定了采用裸电极电晕放电产生的APPJ作为微细电火花加工介质,并通过工艺实验,验证了可行性。（2）证明了 APPJ中的带电粒子（电子、阳离子等）数密度高于气体射流中,导致了 APPJ中的电导率较高,进而获得了更大的击穿距离。通过击穿距离的对比实验发现,APPJ中的平均击穿距离大于4 μm,而相同条件下的气体射流中则小于2 μm。（3）分析对比了 APPJ、氮气射流、空气射流、氧气射流和去离子水中微细电火花铣槽加工特性,结果表明以APPJ作为加工介质时,在同等能量下,可获得比去离子水中和气体射流中更好的表面质量,比去离子水中更平坦的底面、更竖直的侧壁、更小的工具电极损耗率TWR,比气体射流中更高的材料去除率MRR。当加工能量为开路电压100 V、电容8200 pF时,APPJ中的材料去除率MRR为200 μm3/s,高于空气射流中的121 μm3/s、氧气射流中的156 μm3/s,氮气射流中则加工失败;并且此能量下APPJ中加工表面粗糙度Ra仅为417 nm,低于空气射流中的539 nm,氧气射流中的636 nm和去离子水中的672 nm。当开路电压为80 V、电容为3300 pF时,结论与此类似。当以APPJ作为加工介质时,“大电流X短脉宽”的脉冲组合更有利于工件材料去除;然而,在去离子水中,结论则完全相反。（4）为了提高APPJ中的材料去除率MRR,分别开展了 APPJ与同轴高速空气射流组成的干式复合介质（APPJ+高速空气）以及APPJ与同轴喷雾组成的准干式复合介质（APPJ+喷雾）中的微细电火花加工。实验结果表明,在“APPJ+高速空气”中获得的材料去除率MRR与纯APPJ中相比,提高了超过1.25倍;当喷雾流量为5 mL·min-1时,在“APPJ+喷雾”中获得的材料去除率MRR与纯APPJ中相比,提升了超过6.26倍,甚至超过了相同条件下去离子水中的材料去除率MRR;同时,与去离子水中相比,“APPJ+喷雾”中的表面粗糙度Ra和工具电极损耗率TWR也更低,加工轮廓也更理想。在不考虑工具电极损耗补偿的情况下,在“APPJ+喷雾”中加工出了球面规则、底面平坦的复杂三维型腔,工具电极损耗率TWR仅为0.043%,证明了准干式复合介质“APPJ+喷雾”在微细电火花三维加工中具有非常大的应用潜力。
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