武鑫磊，劉永紅，紀(jì)仁杰

（ 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院，山東青島 266580 ）

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，各類(lèi)難切削材料如鈦合金、高溫合金、超硬不銹鋼等在航空航天、軍事工業(yè)及高端裝備等領(lǐng)域應(yīng)用越發(fā)廣泛。 但由于這些難切削材料具有獨(dú)特的物理化學(xué)和機(jī)械性能，采用傳統(tǒng)機(jī)械銑削對(duì)其進(jìn)行加工，存在加工效率低、刀具損耗大和加工成本高等問(wèn)題。 對(duì)此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了電弧銑削技術(shù)及其材料蝕除機(jī)理等的研究工作，一些研究成果得到工程實(shí)際應(yīng)用，取得了較為顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 本文對(duì)高速電弧銑削工藝方法、加工工藝特性和材料去除機(jī)理等進(jìn)行了綜述分析，并簡(jiǎn)要闡述了其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 電弧銑削技術(shù)早期探索

電弧銑削技術(shù)是一種利用工具電極與工件之間電弧放電產(chǎn)生的高溫對(duì)工件材料進(jìn)行去除的新型加工方法。 與電火花放電等離子體相比，電弧放電等離子體具有更高的能量密度和電熱轉(zhuǎn)換效率。電弧銑削加工原理如圖1 所示，加工時(shí)將工具電極和工件分別與電源兩極相連，在兩極間產(chǎn)生電弧放電，進(jìn)行材料蝕除，同時(shí)向加工間隙沖注工作液，以冷卻工具電極和工件、攜帶蝕除產(chǎn)物等。

圖1 電弧銑削加工原理圖

20 世紀(jì)50 年代， 國(guó)內(nèi)外的學(xué)者開(kāi)始研究利用電弧熔化去除金屬材料的方法， 開(kāi)發(fā)出電弧氣刨技術(shù)[1]，可適用于焊縫清根、切割、清除鑄件澆冒口等。20 世紀(jì) 80 年代，蘇聯(lián)學(xué)者 Meshcheriakov 等[2]提出了電弧立體加工技術(shù)（圖2），其原理是使用直流電弧焊接電源作為能量來(lái)源，將工具電極與工件加工區(qū)域全部封閉在密閉空腔中，利用工具電極與工件間的電弧放電作用進(jìn)行加工，并將工作液由工具電極與工件的加工側(cè)面間隙注入，通過(guò)電極內(nèi)部流出并攜帶排出蝕除產(chǎn)物， 但該技術(shù)的加工裝置復(fù)雜，難以用于實(shí)際生產(chǎn)。

圖2 電弧立體加工技術(shù)[2]

我國(guó)學(xué)者自20 世紀(jì)80 年代末開(kāi)始研究利用電弧加工難切削材料。 安徽工學(xué)院的張崇高等[3-4]提出了機(jī)械電脈沖放電加工聚晶金剛石方法，在加工時(shí)，將齒形金屬電極和聚晶金剛石分別與直流電源的正負(fù)極相連，由旋轉(zhuǎn)電極齒間隔性滑過(guò)聚晶金剛石加工表面時(shí)產(chǎn)生脈沖性電弧，進(jìn)而放電蝕除工件材料，顯著提高了加工效率。 葉良才等[5-6]提出了電熔爆加工技術(shù)，在加工時(shí)將金屬工具電極和金屬工件分別與直流電源的正負(fù)極相連，工具電極旋轉(zhuǎn)通過(guò)金屬工件表面時(shí)產(chǎn)生電弧放電，由高能量電弧高效去除金屬材料。 周碧勝等[7-8]研發(fā)出了短電弧加工技術(shù)，其加工原理同電熔爆技術(shù)，不同之處在于利用電極的旋轉(zhuǎn)作用使電弧斷續(xù)關(guān)斷，該技術(shù)已用于水泥軋輥、泥漿泵葉、輪外圓、磨煤輥等大型回轉(zhuǎn)體零件的高效粗加工。

2 電弧銑削技術(shù)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)電弧銑削技術(shù)的加工工藝特性進(jìn)行了研究， 主要研究了電弧放電加工工藝參數(shù)、工作液等對(duì)電弧銑削技術(shù)的材料去除效率、電極相對(duì)損耗率、工件加工后的尺寸精度和表面完整性等的影響規(guī)律關(guān)系。

2.1 工藝技術(shù)研究

2011 年，美國(guó)General Electric 公司提出了一種藍(lán)弧放電銑削方法[9-10]，使用特制的電解液作為工作液，利用工具電極與工件間放電產(chǎn)生的電弧進(jìn)行加工，得出了電弧銑削加工高溫合金的加工效率相較于傳統(tǒng)機(jī)械銑削方法提高了3 倍、節(jié)省了70%刀具成本的結(jié)論。

2013 年，中國(guó)石油大學(xué)（華東）的劉永紅等[11]提出了高能量密度的高速電火花銑削加工技術(shù)，在加工電流為920 A 時(shí)，加工鎳基高溫合金得到的材料去除效率達(dá)15 062 mm3/min， 在此基礎(chǔ)上又提出了高速電火花電弧復(fù)合銑削加工技術(shù)[12-13]，將脈沖電火花電源和直流電弧電源并聯(lián)形成復(fù)合加工電源，利用高壓低能脈沖擊穿加工間隙、低壓高能直流電源提供放電能量，加工鈦合金得到的材料去除效率達(dá)21 494 mm3/min、 電極相對(duì)損耗率僅為1.7%，加工出的鎳基高溫合金樣件見(jiàn)圖3。 2020 年，劉永紅等[14]還針對(duì)該技術(shù)開(kāi)展了工作介質(zhì)和新型電源的研究工作，以提升綠色制造的水平。

圖3 電火花電弧復(fù)合銑削加工鎳基高溫合金樣件[15]

2012 年，上海交通大學(xué)的趙萬(wàn)生、顧琳等[16-17]提出了一種基于流體動(dòng)力斷弧的高速電弧放電加工方法，并在研究初期使用特殊集束成形電極，進(jìn)行了鎳基高溫合金電弧成形加工，所得材料去除效率達(dá)到11 300 mm3/min、電極相對(duì)損耗率低于3%；隨后將該方法用于高速電弧銑削加工，針對(duì)需要進(jìn)行大量去除材料的中空式結(jié)構(gòu)零部件，先用電弧銑削方法進(jìn)行粗加工，再用機(jī)械銑削精加工，發(fā)現(xiàn)以該方法銑削加工質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的SiC/Al 時(shí)，材料去除效率可達(dá)10 200 mm3/min[18]，加工后得到的結(jié)構(gòu)件和樣件分別見(jiàn)圖4 和圖5； 采用該方法進(jìn)行鈦合金銑削加工實(shí)驗(yàn)，得到的渦輪盤(pán)樣件見(jiàn)圖6。

圖4 加工的SiC/Al 結(jié)構(gòu)件[18]

圖5 加工的SiC/Al 樣件[19]

圖6 加工的鈦合金渦輪盤(pán)樣件[20]

2019 年，山東大學(xué)的張勤河等[21]提出了振動(dòng)輔助電弧加工技術(shù)， 使用直流電弧電源提供能量，將振動(dòng)加載至工件上， 在加工W9Mo3Cr4V 高速鋼時(shí)的材料去除效率可達(dá)8595 mm3/min，并且通過(guò)疊加振動(dòng)，可增大放電間隙、抑制短路現(xiàn)象和提高電弧銑削的穩(wěn)定性和加工精度（圖7）。

圖7 通過(guò)振動(dòng)增大放電間隙示意圖[21]

2021 年，清華大學(xué)的韓福柱等[22]提出了一種基于復(fù)合能量場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)短弧銑削加工方法 （圖8），在工具電極周?chē)┘恿艘粋€(gè)圓周橫向磁場(chǎng)，利用洛倫茲力、 電場(chǎng)力和工具電極的高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電弧運(yùn)動(dòng)，增加了電弧等離子體的能量密度，并且有一些碎屑在加工過(guò)程中被磁場(chǎng)吸附在電極端面，可降低電極相對(duì)損耗率。

圖8 基于復(fù)合能量場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)短弧銑削加工[22]

2021 年，新疆大學(xué)的周建平等[23]使用短電弧加工技術(shù)對(duì)鈦合金進(jìn)行了銑削實(shí)驗(yàn)，采用石墨作為電極加工鈦合金的材料去除效率達(dá)17 268 mm3/min、電極相對(duì)損耗率為1.27%， 該技術(shù)所用機(jī)床及其加工過(guò)程見(jiàn)圖9。

圖9 短電弧加工機(jī)床及加工過(guò)程[23]

此外，周碧勝等[24]通過(guò)高速攝像機(jī)拍攝了短電弧放電過(guò)程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)放電通道是多點(diǎn)放電。

2.2 加工質(zhì)量研究

與傳統(tǒng)機(jī)械銑削和電火花銑削相比，電弧銑削具有材料去除率高、 電極相對(duì)損耗率小等優(yōu)點(diǎn)，但加工后的工件表面質(zhì)量較差且存在微裂紋、 氣孔、小顆粒等，還有一定厚度的熱影響區(qū)和重鑄層。 因此，電弧銑削技術(shù)主要用于工件的粗加工。

電弧銑削一般采用工件接電源正極、工具電極接負(fù)極，可得到較高的材料去除效率。趙萬(wàn)生等[25]研究了高速電弧加工工具電極極性對(duì)加工工件表面質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)工具電極接正極可改善表面加工質(zhì)量，獲得較少的微裂紋和更薄的熱影響層，并且表面粗糙度Ra 從工具電極負(fù)極性時(shí)的274 μm 降至正極性時(shí)的31 μm。趙萬(wàn)生等[26]還通過(guò)研究指出，工具電極接正極時(shí)的材料去除效率較低、電極相對(duì)損耗率較高，在工作介質(zhì)的快速?zèng)_刷下可使得放電坑變淺，進(jìn)一步提升工件表面質(zhì)量。

顧琳等[18]發(fā)現(xiàn)高速電弧加工質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的SiC/Al 時(shí)， 工具電極負(fù)極性條件下的重鑄層比正極性時(shí)的厚，且電流越大，重鑄層越厚。 圖10 是工具電極極性和電流對(duì)加工質(zhì)量的影響。

圖10 工具電極極性和電流對(duì)加工質(zhì)量的影響[18]

劉永紅等[11]對(duì)電火花電弧復(fù)合銑削技術(shù)加工鎳基高溫合金的工件加工表面進(jìn)行了研究，觀察到一些微裂紋滲入基材并沿著晶界擴(kuò)展（圖11）。該研究指出，鎳基高溫合金的導(dǎo)熱性較差，電弧放電產(chǎn)生的瞬時(shí)熱量無(wú)法及時(shí)排出，加工表面又同時(shí)受到工作介質(zhì)的冷卻作用，當(dāng)工件表面的應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度極限時(shí)就會(huì)產(chǎn)生微裂紋。

圖11 電火花電弧復(fù)合銑削[11]

劉永紅等[27]還采用電火花電弧復(fù)合銑削技術(shù)對(duì)鈦合金進(jìn)行了加工，得到工件加工表面的微觀結(jié)構(gòu)特性和顯微硬度（圖12），在工件加工表面觀察到氣孔、微裂紋、小顆粒等，通過(guò)對(duì)工件表面元素變化分析后表明，在加工過(guò)程中存在著元素遷移現(xiàn)象。

圖12 準(zhǔn)干式電火花電弧復(fù)合銑削加工鈦合金[18]

韓福柱等[28]采用基于移動(dòng)電弧的高速電火花銑削加工技術(shù)加工鈦合金時(shí)，也在工件表面觀察到微裂紋（圖 13）。

圖13 基于移動(dòng)電弧的高速電火花銑削加工技術(shù)加工鈦合金的工件表面[28]

2.3 加工機(jī)理研究

新加坡國(guó)立大學(xué)的Afzaal Ahmed 等[29]針對(duì)電火花加工和電火花電弧復(fù)合加工分別建立了熱分析的數(shù)值模型，其理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：電火花電弧復(fù)合加工等離子通道的直徑較大，因此具有較高的加工效率。

劉永紅等[12]對(duì)提出的高速電火花電弧復(fù)合銑削加工技術(shù)的加工機(jī)理進(jìn)行了研究， 經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在工具電極高速旋轉(zhuǎn)和加工間隙高速?zèng)_液的同時(shí)作用下，既可快速釋放加工過(guò)程中產(chǎn)生的大量的熱量、避免燒傷工件，又可迅速將蝕除產(chǎn)物排出加工間隙。

趙萬(wàn)生、顧琳等[17,26]對(duì)所提的基于流體動(dòng)力斷弧的高速電弧放電加工技術(shù)的加工機(jī)理進(jìn)行了研究，如圖14 所示，在高速流體形成的流場(chǎng)作用下，放電弧柱發(fā)生偏移直至被切斷，引發(fā)等離子體爆炸沖擊波，而高速流體一方面避免了持續(xù)穩(wěn)定的電弧對(duì)工件的持續(xù)燒傷，另一方面可將產(chǎn)生的大量熱量和蝕除產(chǎn)物迅速?zèng)_走，保證了加工的持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行。

圖14 流體動(dòng)力斷弧機(jī)制示意圖[30]

顧琳等[31]還使用COMSOL 軟件研究了基于流體動(dòng)力斷弧的高速電弧放電加工在端銑模式下的流場(chǎng)特性和碎屑排出機(jī)制，使用集束電極進(jìn)行電弧銑削，仿真結(jié)果見(jiàn)圖15。研究表明：介電流體的峰值流速出現(xiàn)在沖液孔附近，中間沖液孔附近的流速低于外部沖液孔。 徑向進(jìn)給的碎屑排出速度較軸向進(jìn)給快。

圖15 高速電弧放電流場(chǎng)特性（圖a~圖c 為軸向進(jìn)給；圖d~圖e 為徑向進(jìn)給）[31]

韓福柱等[32]對(duì)基于流體-機(jī)械動(dòng)力耦合斷弧的高速電弧銑削機(jī)理進(jìn)行了研究，建立了不同斷弧方法的材料去除機(jī)理模型，證明了機(jī)械斷弧和流體斷弧耦合方法的有效性，研究表明：斷弧會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的爆破力，是高速電弧銑削的關(guān)鍵因素。

韓福柱等[33]還對(duì)鈦合金進(jìn)行了銑削加工實(shí)驗(yàn)，研究了移動(dòng)電弧的加工特性，并根據(jù)高速攝像機(jī)拍攝的圖像分析了移動(dòng)電弧的材料蝕除機(jī)理 （圖16和圖17），研究表明：工具電極的旋轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)快于移動(dòng)電弧，電弧在高速移動(dòng)過(guò)程中會(huì)持續(xù)燃燒而不會(huì)熄滅，從而連續(xù)蝕除工件材料。

圖16 移動(dòng)電弧的高速攝像照片[33]

圖17 移動(dòng)電弧的材料蝕除機(jī)理[33]

張勤河、張敏等[34]對(duì)振動(dòng)輔助電弧銑削加工中振動(dòng)的作用進(jìn)行了理論分析，指出振動(dòng)具有增大平均電極間隙、增大沖液流量、減少橋接、增大電弧等離子體功率、增強(qiáng)極性效應(yīng)以及促進(jìn)弧根在電極表面運(yùn)動(dòng)等作用，可提高電弧銑削的穩(wěn)定性。

東北林業(yè)大學(xué)的郭成波等[35]使用COMSOL 軟件研究了高速電火花銑削加工過(guò)程中的流場(chǎng)特性（圖18），研究表明：對(duì)于管狀工具電極，在沿著徑向方向進(jìn)給時(shí)，46%的工作介質(zhì)由進(jìn)給方向的后方出口（出口3）流向已加工表面；54%的工作介質(zhì)由工具電極切線方向（出口 2）和軸線方向（出口1）流出，這部分工作介質(zhì)有助于材料蝕除。

圖18 高速電火花銑削加工中的流場(chǎng)特性[35]

2.4 工具電極研究

在高速電弧銑削加工中，工具電極的材料和結(jié)構(gòu)對(duì)加工工藝效果影響較大。劉永紅等[15]研究了鎢、鈰鎢、銅、鎢銅合金和石墨等分別作為工具電極材料對(duì)干式電火花電弧復(fù)合銑削加工的影響，結(jié)果表明：管狀石墨電極是最佳選擇。

郭成波等[35]設(shè)計(jì)了含有多孔結(jié)構(gòu)的石墨工具電極， 如圖19a 所示，1# 電極為常見(jiàn)的管狀電極，2#電極在1# 的端面內(nèi)孔周?chē)恿艘蝗π_液孔，3#電極在2# 的基礎(chǔ)上去掉了原有的內(nèi)沖液孔，4# 電極在1# 電極的外側(cè)加了一圈小沖液孔； 分析了不同石墨電極下的流場(chǎng)特性，如圖19b 所示，用四種石墨工具電極進(jìn)行了加工實(shí)驗(yàn)；在電流400 A、脈寬2000 μs、脈間 100 μs 條件下加工鈦合金工件，得到的材料去除效率如圖19c 所示，相比于1# 電極，使用4#電極時(shí)可將材料去除效率提高33%。

圖19 四種石墨工具電極及其特性與對(duì)比[35]

此外，周建平等[36]研究了鎢銅工具電極對(duì)短電弧銑削加工的影響。 趙萬(wàn)生等[26]研究了工具電極極性對(duì)電弧加工AISI D2 工具鋼的影響。 趙萬(wàn)生等[37]還提出采用成形電極進(jìn)行電弧掃銑的方法（圖20），研究了不同工具電極路徑對(duì)加工凹槽的影響，提高了開(kāi)式整體葉盤(pán)中開(kāi)式流道的加工效率。

圖20 整體帶冠渦輪盤(pán)高速電火花銑削加工專(zhuān)用電極[37]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王振龍等[38]針對(duì)整體帶冠渦輪盤(pán)進(jìn)行了高速電火花電弧復(fù)合銑削加工，通過(guò)提取渦輪盤(pán)的橫截面和中心線等幾何參數(shù)，設(shè)計(jì)了如圖21 所示的專(zhuān)用電極， 使加工用時(shí)縮短至傳統(tǒng)電極的一半。

圖21 電弧掃描銑削原理圖[38]

澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)的Songlin Ding等[39]采用移動(dòng)電弧加工方法及旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極進(jìn)行了聚晶金剛石加工實(shí)驗(yàn)（圖22），提高了材料去除效率和表面加工質(zhì)量，增強(qiáng)了加工過(guò)程的穩(wěn)定性。

圖22 移動(dòng)電弧加工金剛石實(shí)驗(yàn)裝置[39]

2.5 脈沖電源研究

高速電弧銑削電源作為電弧銑削加工的技術(shù)核心，為電弧銑削加工提供能量。

劉永紅等[40]研制了一種具有高效、節(jié)能的特點(diǎn)的電火花電弧復(fù)合銑削脈沖電源，該電源的波形見(jiàn)圖23；還提出了一種新型的脈沖電源高低壓復(fù)合控制策略，提高了電源的電能利用率[41]。 劉永紅等[13]也對(duì)可持續(xù)綠色高效電火花銑削的脈沖電源進(jìn)行了研究，其組成原理、控制策略和實(shí)際的加工波形見(jiàn)圖24。 劉永紅等[14]還對(duì)電火花輔助電弧高效銑削的脈沖電源進(jìn)行了研究，其典型電源波形見(jiàn)圖25。

圖23 電火花電弧復(fù)合高速銑削的脈沖電源電流和間隙電壓波形[40]

圖24 可持續(xù)綠色高效電火花銑削[13]

圖25 電火花輔助電弧銑削典型電源波形圖[14]

周建平等[42]對(duì)短電弧加工所用的脈沖電源的控制策略進(jìn)行了研究，提出了基于DE-RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的短電弧脈沖電源恒壓控制方法，研制出了高效節(jié)能短電弧銑削加工脈沖電源，其波形見(jiàn)圖26。

圖26 超聲振動(dòng)輔助電弧加工復(fù)合電源[42]

山東大學(xué)的張勤河等將短電弧電源和脈沖、直流電源組成了混合電源系統(tǒng)，研究了不同參數(shù)對(duì)高頻高壓脈沖短電弧銑削材料去除效率等的影響[43]，還針對(duì)電弧銑削加工提出了一種獨(dú)立的放電狀態(tài)檢測(cè)方法[44]（圖27），將放電電路隔離開(kāi)，采用另一個(gè)獨(dú)立的電路監(jiān)視放電狀態(tài)，一定程度上實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)放電狀態(tài)的獨(dú)立性。

圖27 電弧銑削放電狀態(tài)檢測(cè)原理[44]

北方工業(yè)大學(xué)的劉瑛等[45]研究了超聲振動(dòng)輔助電弧加工復(fù)合電源。 上海交通大學(xué)的徐輝等[46]也研究了基于流體動(dòng)力斷弧的高速電弧放電加工的放電波形特征，并以此對(duì)伺服控制進(jìn)行了優(yōu)化。

2.6 工作介質(zhì)研究

為了改善傳統(tǒng)油基工作液帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，劉永紅等提出了干式復(fù)合電弧高速銑削加工[47-48]和準(zhǔn)干式電火花高速銑削加工方法[27]，分別在空氣中和霧中進(jìn)行電火花電弧復(fù)合銑削加工，取得了較高的加工效率，還對(duì)干式電火花電弧復(fù)合銑削加工鎳基合金的表面完整性進(jìn)行了分析[49]。 準(zhǔn)干式電火花高速銑削加工方法原理見(jiàn)圖28。

圖28 準(zhǔn)干式電火花高速銑削加工方法[27]

劉永紅等[13]采用同時(shí)在加工間隙的內(nèi)外沖注環(huán)保工作介質(zhì)， 對(duì)高效放電銑削不銹鋼17-4PH 進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究， 結(jié)果表明： 該工作液可滿足節(jié)能、高效、可持續(xù)生產(chǎn)的要求。

青島理工大學(xué)的王飛等[50]使用管狀石墨電極和水基工作液，在電弧銑削加工中實(shí)時(shí)改變工具電極周?chē)蔷鶆蛄鲌?chǎng)的分布，減少對(duì)重要加工面的反復(fù)蝕除， 有效地提高了電弧銑削加工的加工精度、改善了工作環(huán)境（圖29）。

圖29 電弧銑削電極非均勻流場(chǎng)控制[50]

韓福柱等[28]提出了一種可持續(xù)的基于移動(dòng)電弧的高速銑削方法，使用去離子水作為電介質(zhì)，具有較高效率、低短路率和低工具電極損耗的優(yōu)點(diǎn)。

2.7 控制方法研究

趙萬(wàn)生、劉宏達(dá)等[51]提出一種短線段跳躍運(yùn)動(dòng)的前瞻過(guò)渡運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法，使復(fù)雜曲線工件的運(yùn)動(dòng)速度分布更加平滑，有效地減少了加工時(shí)間。

劉永紅等對(duì)電火花電弧復(fù)合加工脈沖電源的電源控制策略進(jìn)行了研究[41]，并提出了基于數(shù)據(jù)庫(kù)的電火花電弧復(fù)合加工在線補(bǔ)償方法[52]。

周建平等[53]提出了基于模糊PID 的短電弧銑削加工進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制方法，建立了自適應(yīng)模糊控制模型，提高了刀具壽命。

徐輝等[46]也使用了模糊控制方法對(duì)高速電弧放電加工的伺服速度進(jìn)行了調(diào)整。

3 電弧銑削技術(shù)發(fā)展方向

3.1 提升電弧銑削加工質(zhì)量方法與工藝裝備研究

當(dāng)前電弧銑削加工的加工效率已基本可滿足大余量去除材料的需求，但加工工件的加工精度和表面完整性仍較差。 研發(fā)新型電弧銑削工藝方法和工藝裝備，以提升電弧銑削的加工質(zhì)量，是未來(lái)的一個(gè)重要課題。

3.2 綠色高效電弧銑削工作液研究

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)需統(tǒng)籌加工效率、加工成本與環(huán)境友好之間的關(guān)系。 電弧銑削加工技術(shù)所用的工作介質(zhì)多為水基工作液，相比于油基工作液沒(méi)有火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，但仍可能造成銹蝕和一定的環(huán)境污染。 同時(shí)，工作介質(zhì)對(duì)電弧銑削的加工性能有著顯著的影響。研發(fā)新型綠色環(huán)保的高效電弧銑削工作液，將有助于提高電弧銑削加工技術(shù)的綠色環(huán)保性能、改善加工環(huán)境。

3.3 綠色高效電弧銑削智能電源研究

高速電弧銑削的技術(shù)核心在于專(zhuān)用加工電源?，F(xiàn)有的高速電弧銑削電源無(wú)法在線調(diào)控放電電弧，并且在加工中易于工件表面形成大而深的放電坑，稍有不慎就有可能導(dǎo)致工件報(bào)廢，這對(duì)操作者的經(jīng)驗(yàn)和操作技能等有高的要求。 研發(fā)綠色高效電弧銑削智能電源，以提升電弧銑削加工質(zhì)量，也是一個(gè)重要的研究課題。

3.4 高速電弧銑削智能伺服控制技術(shù)研究

電弧銑削的能量較大， 若對(duì)伺服速度選擇不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致加工效率降低、工具電極損耗增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致工件報(bào)廢。 研究高速電弧銑削的智能伺服控制技術(shù)，探尋如何對(duì)電弧銑削加工參數(shù)進(jìn)行科學(xué)決策和對(duì)電弧銑削加工過(guò)程進(jìn)行在線控制，有助于提升加工穩(wěn)定性和加工質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)電弧銑削技術(shù)的起源、現(xiàn)狀和未來(lái)進(jìn)行了梳理，著重對(duì)電弧銑削工藝方法、加工工藝特性、加工機(jī)理、工具電極、脈沖電源、工作介質(zhì)和控制方法等方面進(jìn)行了綜述分析，提出了電弧銑削技術(shù)的發(fā)展方向，為相關(guān)的研究提供了參考。