薄型中空电极振动电解切割TB6钛合金.pdf

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnauticaSin／caAug．252017Vol38No8SSN1000．6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaaedu．cnhkxb@buaa．eduCFI薄型中空电极振动电解切割TB6钛合金姚俊1，王峰2，聂玉军3，陈志同1’*1．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京1000832．南京航空航天大学机电学院，南京2100163．沈阳航空航天大学机电工程学院，沈阳110136摘要：TB6钛合金由于具有优越的性能，广泛地用于航空航天领域。然而从大余量的TB6钛合金

2、锻铸件毛坯加工成复杂结构的零件，其加工效率低，刀具和机床成本高，造成了极大的浪费。为解决这一问题，提出了一种利用薄型中空电极进行快速大余量去除的电解加工(ECM)方法，即将零件与多余材料切割分离，有望较大程度提高加工效率，降低加丁成本。为改善电解加工流场特性，提高加工精度，对电极施加振动，并对薄型中空电极的振动切割进行了建模分析和试验研究。试验结果表明，合适的振动幅值和频率(A--0．05miD_，，、一50Hz)可以使得各处电解液电导率趋于一致，从而提高加工的精度、稳定性和效率。复杂结构件的成功切割证明了薄型中空电极振动电解切割加工技术具有一定

3、的适用性。关键词：薄型中空电极；电解切割；振动加工；难加工材料；TB6钛合金中图分类号：V261．5+1文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)08—421150一111953年，钛材首次使用在美国道格拉斯公司出产的DT—T机发动机上，拉开1r钛合金应用于航空领域的历史u]。TB6钛合金的比强度高，在飞机机身、机翼和起落架结构中使用该合金代替同等强度的30CrMnSiA结构钢，可减轻质量约40％，代替TC4可减轻质量约20％，该合金具有广泛的应用空间L2J。钛合金复杂结构件普遍需从大余量的锻铸件毛坯加工而成，主要依靠机械切削(包括铣

4、削、车削、磨削等)、电火花加工、电解加工等方式。但是钛合金在高的切削温度下，容易和刀具发生亲和作用，使刀具寿命降低，也易吸收空气中的氧和氮，造成表面硬化[3。4]。相比于机械切削和电火花加工，电解加工无残余应力、无刀具损耗，不受材料硬度的限制，加工效率高[5。7]，但同时也存在加工精度较低的缺点。为了提高电解加工的精度和稳定性，国内外学者对振动电解加工技术展开了广泛的研究。Ebeid等通过试验得出电极振动幅值对加工精度的影响十分显著呻]，并通过数学模型分析，指出阴极振动可以加速电解产物的排出和电解液的更新，可提高加工精度和表面质量∽J。Bhatt

5、acharyya等在微细电解振动加工中同样证明了电极振动对精度提高具有积极作用ll”11J。F6rster等对阴极叠加频率50Hz，振幅0．2mm的振动运动，显著提高了微细加工精度，使用成形阴极成功加工出三维复杂型腔[1“。Fang等采用脉动流场进行微小孔的电解加工，得到了提高加工稳定性和精度的效果[13。“]。王峰等提出了阴极持续直线进给与振动的复合进给方法进行窄缝的电解加工，降低了杂散腐蚀，提高了加工一致收稿日期：2017—01．18；退修日期：2017—02—15；录用日期：2017—04—17；网络出版时间：2017—04·2816：48

6、网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／11．1929V．20170428．1648006html基金项目：国家科技重大专项(2015ZX04001201)；中航工业产学研专项(cxy2013BH04)*通讯作者E-mail：ztchen@buaaeduca}

7、臻格式：姚俊，壬峰。聂玉军．等薄型串空电极振动电解切韵TB6钛合金￡正．航空学报，2017，38(8)：421150．YAOJ，WANGF，NIEYJ，etal?ElectrochemicalcuttingoftitaniumalloyTB6withvibration

8、bythinhollowcathode￡Jj．ActaAeronaut／caetAstro—nauticaSin，ca，2017，38(8)：421150．421150．1航空学报性口引。马晓宇和李勇等利用工具电极间歇快速回退移除加工间隙内电解产物，增强电解液更新，并指出阴极回退存在一个较优的频率，可对其进行优化口6I。Zeng等为了增加电解线切割的传质效果，对线电极施加微小振动，可以提高加工效率和稳定性[】7。18I。众多研究成果表明，无论是在大尺寸结构件的电解加工、微细电解加工还是在电解线切割等领域对电极施加振动对提高加工精度和稳定性都具有较

9、好的效果。目前，钛合金电解加工技术的研究主要集中于电解液特性和工艺参数对加工过程和加工质量的影响。Klocke等研究得出TC4钛合金在电