答辩博士：张月芹
指导老师：刘志东教授
论文题目：往复走丝电火花线切割极间放电特性研究
答辩委员会：
主席：康 敏 教授 南京农业大学
委员：徐 锋 教授 南京理工大学
云乃彰 教授 南京航空航天大学
朱永伟 教授 南京航空航天大学
沈理达 教授 南京航空航天大学
秘书：邱明波 副教授 南京航空航天大学
答辩时间：2021年01月29日10：00
答辩地点：南航明故宫校区A4#308
学位论文简介：
数控往复走丝电火花线切割是我国完全拥有自主知识产权的电火花加工技术，因其具有很高的性价比而逐步在全球推广，但目前其加工工艺指标与数控单向走丝电火花线切割加工技术相比仍存在较大的差距。本文针对往复走丝电火花线切割放电理论研究滞后、参数量化控制程度低、脉冲放电能量控制形式单一等问题，对其极间放电特性进行了系统深入的研究。在采用具有一定导电性能的工作液放电情况下，研究了极间放电形式，并研究了工作液性能变化对加工的影响，提出了工作液性能和寿命的量化标定方法；研究了电火花线切割放电通道运动特性，揭示了放电通道微观运动过程和规律；基于放电通道运动特性，提出了变能量脉冲放电加工方法。该方法通过改变单个脉冲不同放电阶段的峰值电流，实现对放电通道运动特性的主动调整，为提高电火花线切割加工工艺指标提供了一种有效途径，并为进一步挖掘往复走丝电火花线切割加工的发展潜力、拓展其应用范围提供了依据，具有重要的理论意义和应用价值。
论文完成的主要工作和取得的成果如下：
（1）构建了极间放电特性研究试验系统，为试验提供了平台支持。设计了高精度放电间隙检测系统；研制了变能量脉冲电源以精确控制单个脉冲放电能量的大小和分布形式；设计了基于电压脉冲放电概率的伺服控制方法；改造了机床以适应大电流切割需求。
（2）研究了工件表面钝化膜的存在对击穿特性的影响。采用复合电介质击穿理论和定量计算，揭示了往复走丝电火花线切割极间仍是间隙放电形式。通过分析工作液性能变化对加工产生的影响，研究了工作液失效机理。提出了采用电压脉冲放电概率对工作液性能和寿命量化标定的方法。
（4）研究了电参数、非电参数和放电极性对放电通道运动特性的影响。建立了单脉冲放电条件下放电通道运动速度模型，揭示了放电通道微观运动过程和规律。发现放电初期电极丝表面存在重复放电区域，导致电极丝直径损耗加大。研究了电火花线切割负极性放电难以进行正常连续切割的根源所在。研究结果为脉冲电源参数设计提供了理论依据。
（5）根据放电通道运动特性，提出了变能量脉冲放电加工方法，实现了通过改变单个脉冲放电能量分布形式改变放电通道运动特性和材料蚀除效果的加工，并得出了高效低损耗加工的能量分布规律。为提高加工工艺指标提供了重要途径。
主要创新点：
（1）研究了工件表面形成的钝化膜对介质击穿特性的影响，揭示了往复走丝电火花线切割仍然是间隙放电形式。研究了工作液失效机理，提出了基于电压脉冲放电概率的工作液性能和寿命量化标定方法。
（2）研究了电参数对放电通道运动特性的影响，建立了放电通道运动速度模型，揭示了单脉冲放电过程中放电通道微观运动过程和规律。发现了放电通道的空间位置和形状分别主要受其沿电极丝轴向和径向运动的影响。
（3）研究了走丝速度对放电通道运动特性的影响，发现放电通道移动速度与走丝速度不成线性关系，一定范围内的走丝速度能够提高放电通道移动速度。发现放电初期电极丝表面存在重复放电区域，导致电极丝直径损耗加大。
（4）研究了负极性放电对放电通道运动特性和材料蚀除的影响。发现电极丝静止时，放电通道在工件负极端不能正常移动，正常放电易转化成电弧；走丝时，因极间不能维持正常放电间隙而产生严重的短路，难以维持正常连续切割。
（5）提出了变能量脉冲放电加工方法，实现了通过改变单个脉冲放电能量分布形式改变放电通道运动特性的加工，为提升加工工艺指标尤其是切割速度提供了一条重要途径。发现采用通过增大峰值电流使放电能量逐渐增大的电流波形能实现高效低损耗加工，并能增大气化蚀除比例，改善表面质量。
