短电弧铣削加工脉冲电源极间放电特性研究

【作者】 周宗杰； 周建平； 王立忠； 许燕；

【机构】 新疆大学机械工程学院； 西安交通大学机械工程学院；

【摘要】 在短电弧加工中,放电间隙状态是进行伺服进给控制和脉冲电源控制技术的基础,放电间隙电压电流特性是用来表征放电通道建立和加工状态的重要方式,它能实时准确反映短电弧加工过程中放电状态以及电参数对间隙放电状态的影响,有利于高效,稳定的加工,对短电弧放电机理研究和工艺参数选取具有指导作用,因此放电间隙状态的电压电流特性研究成为短电弧加工系统需要解决的首要问题。短电弧铣削加工的本质是脉冲电源在加工时随着主轴进给,极间距离缩小至输出电压的临界距离时,击穿空气产生电离,大量自由电子的定向运动导致放电通道的建立,并以热能的形式将加工材料进行融化,从而实现电弧的放电加工,其本质也属于直流电弧。根据石墨电极和高温合金GH4169工件短电弧铣削加工间隙的放电参数波形,分析短电弧加工中引弧过程的放电状态,并对短电弧加工过程的单个脉冲和连续放电过程中多个脉冲的间隙电压、间隙电流及放电时间进行分析,研究表明:短电弧加工过程中引弧是一个包括电火花放电、过渡电弧放电和稳定电弧放电的复杂过程,存在击穿延时和维持电压特征,火花放电具有明显的击穿延时现象,放电通道形成后电流逐渐上升且峰值仅为数十安培,间隙放电电压下降幅度很小,且随放电时间的延长而持续升高;过渡电弧放电不存在击穿延时,在脉冲上升沿即形成放电通道,电流开始平缓上升,但电流值明显高于火花放电;电弧放电具有十分明显的电弧维持电压,无击穿延时且电压波形较为平滑,间隙电流波形呈三角形;且峰值电流随放电时间增加而增大,间隙伏安特性为非线性。通过短电弧加工整个实验过程中的电压电流信号参数进行采集分析,完成本次次加工过程中167次不同连续放电状态统计,数据表明:电弧的平均电压随着电流的增大呈递减趋势,放电点主要集中在电压20～22V、平均电流200～500A之间,体现了短电弧加工低电压大电流的特点;放电时间绝大多数集中在5～20ms之间,基本呈现出放电时间越长电流越大的趋势;连续放电过程中电压电流均方根值和平均值跟随性较好,电弧加工过程中几乎成直流状态,电流较为稳定。更多还原