答辩博士：张明
指导教师：刘志东 教授/博导
论文题目：往复走丝型大厚径比细丝电火花线切割基础研究
答辩委员会：
主席：康 敏 教授/博导 南京农业大学
委员：徐 锋 教授/博导 南京理工大学
郭 宇 教授/博导 南京航空航天大学
朱永伟 教授/博导 南京航空航天大学
姬广斌 教授/博导 南京航空航天大学
秘书：邱明波 副教授/硕导 南京航空航天大学
时间： 2022年2月27日14:30
地点： 南航明故宫校区4# 4308
学位论文简介：
针对MEMS和小科学装置对大厚径比零件需求的增大，本文搭建了往复走丝型大厚径比细丝切割装置；分析大厚径比细丝切割多通道放电机制，并通过外接电阻的方法提高多通道放电几率的可控性；为减小往复走丝中电极丝直径损耗，提出脉冲间隔低压电极丝直径损耗补偿的方法和原理，研究不同脉冲间隔低压对极间放电状态、一丝损耗和熔化凝固层的影响；针对细丝切割熔化凝固层的去除，提出通过提高加工过程中的空载率并结合一定伺服控制策略减小熔化凝固层厚度的方法，并定量研究不同空载率对熔化凝固层厚度、表面形貌及切缝宽度的影响规律。
论文完成的主要工作及取得的成果如下：
1. 为稳定Φ0.05~0.08 mm细丝张力和空间形位，研制了闭环恒张力上丝装置、自限位导向器和两级恒张力上丝装置；为实现细丝稳定切割，研制了基于放电电流及振荡脉冲信号同步的放电状态鉴别及伺服系统。
2. 细丝切割极间静电场仿真及电介质击穿特性揭示细丝切割多通道放电现象产生的机制为非等势体性质的细丝及极间蚀除颗粒对电场畸变效应共同作用的结果。揭示了细丝切割多通道放电的微观过程可分为极间电介质的击穿及首个放电通道的形成、另一放电通道的建立、多个放电通道的自持放电及多通道的消电离四个阶段。
3. 提出脉冲间隔低压电极丝直径损耗补偿的方法和原理，并设计研制了电极丝直径损耗补偿电源。相比无电极丝直径损耗补偿电源加工，采用JR1A工作液并附加补偿电源加工的一电极丝直径损耗耗加工面积增大66.7%。该电极丝直径损耗补偿方法对于常规丝径加工同样有效，并在一定程度上减小大电流切割后的工件表面烧伤状况。
4. 为改善细丝切割工艺效果，定量分析了脉冲宽度、峰值电流对细丝切割的影响规律；通过正交试验设计，分析丝速、电压、脉冲宽度、占空比及功率管数对加工后样件切缝宽度和切割速度的影响规律；选择脉冲间隔、功率管数、空载电压和放电几率为输入因子，定量研究了各因子对拐角误差的影响主次规律。采用Φ0.08 mm和Φ0.05 mm细丝实现分别厚径比1250和800样件的加工。
5. 为实现在细丝切割同时减小熔化凝固层厚度，提出通过提高加工过程中的空载率并结合一定伺服控制策略减小熔化凝固层厚度的方法；设计并研制了以空载率为目标概率的电火花电解试验系统，定量研究了不同空载率对熔化凝固层厚度、表面形貌及切缝宽度的影响规律。相比于此参数下的细丝放电切割，平均熔化凝固层厚度为0.17 μm，切缝宽度仅增大了7.5%，实现了近无熔化凝固层的细丝切割加工。
主要创新点如下：
1. 针对细丝稳定切割，研制闭环恒张力装置和两级恒张力上丝装置保证细丝张力恒定且可调，研制自限位导向器，提高细丝空间位置的稳定性；提出基于放电电流和振荡脉冲信号同步的放电状态鉴别和伺服控制方法，实现细丝切割放电状态的准确鉴别。
2. 揭示大厚径比细丝切割多通道放电的产生机理，提出通过外接电阻提高其放电几率可控性的方法。
3. 提出细丝直径损耗补偿机理，研制了脉冲间隔电极丝直径损耗补偿电源。
4. 提出基于空载率控制的电火花电解复合加工机理，实现了近无熔化凝固层加工。
