摘要
作为一种重要的特种加工技术，电火花成形加工由于不受工件材料强度和硬度的限制，而广泛应用于航空航天、汽车、电子、模具、医疗、仪器仪表等行业。工作液作为电火花成形加工必不可少的重要组成部分，对电火花成形加工的材料去除效率、电极损耗、工件加工表面质量等具有重要的影响。同时，工作液也是电火花成形加工污染的主要来源。传统的电火花成形加工技术普遍采用煤油作为工作液，由于煤油具有闪点低、挥发性强和高温下易分解的特点，现有的电火花成形加工技术存在着安全性差、加工效率低、加工过程中释放多种有害气体等问题。因此，研制绿色环保的电火花成形加工工作液，开发相应的绿色高效电火花成形加工技术，探究其电火花放电机理具有重要的理论与工程应用价值。 本文研发出一种电火花成形加工绿色油包水纳米乳液，并围绕其配制工艺、工作液特性、电场中稳定性、材料去除机理及加工工艺特性等开展了系统深入的实验和理论研究工作，取得了一系列具有重要工程应用价值和理论意义的创新成果。 提出了研制油包水纳米乳液作为电火花成形加工工作液的新思路。研究揭示了油包水纳米乳液的亲水亲油平衡值、含水量和表面活性剂含量对其平均粒径和多分散系数的影响规律关系。探明了油包水纳米乳液的组分及温度对其流变特性，组分、极板间电压和脉冲频率对其介电性能的影响规律。收集了电火花成形加工过程中产生的废气，并对其组成成分和各组分的含量进行了分析，评估了油包水纳米乳液的环保特性。开发出了绿色环保、安全性好、稳定性高、介电性能好、粘度可调节的电火花成形加工油包水纳米乳液。 率先开展了基于分子动力学模拟的电场强度、液滴离子浓度、液滴粒径等因素对纳米液滴间聚并行为影响的研究工作，揭示了电场中纳米液滴的微观聚并机理，为油包水纳米乳液在电场中的稳定性研究及在电火花成形加工中的应用提供了理论指导。 基于“横截面逐层磨抛-3D叠加重现”原理获取了在临界放电间隙处进行单脉冲放电所得放电坑及其重熔层的三维形貌。研究探明了油包水纳米乳液和煤油特性的差异及峰值电流、脉冲宽度、加工极性等对单脉冲放电坑及其重熔层几何尺寸的影响规律关系。结合计算机多物理场耦合及流场分析模拟，探寻出了纳米液滴对放电两极间电场分布以及工作液流变特性对极间碎屑分布的影响规律，揭示了油包水纳米乳液电火花成形加工的材料去除机理。 结合油包水纳米乳液绿色环保、安全性高、介电性能好及粘度可调节等特点，将油包水纳米乳液应用于高能量的电火花成形加工中，与基于煤油的传统电火花成形加工技术相比，实现了高加工效率、低电极损耗和工作环境友好的电火花成形粗加工。建立了高效电火花成形加工间隙流场动态排屑模型，揭示了油包水纳米乳液维持高效电火花成形加工稳定进行的原因。探明了加工极性、峰值电流、脉冲宽度、工作液类型等对高效电火花成形粗加工工艺效果的影响规律关系。研究表明，与水基工作液相比，采用油包水纳米乳液进行高效电火花成形粗加工可获得更高的材料去除率、更低的相对电极损耗和裂纹缺陷更少的加工表面。 将电火花成形加工中普遍采用的煤油工作液作为对照组，系统探究了基于油包水纳米乳液的电火花成形半精和精加工工艺性能。探寻出了主要加工参数对基于油包水纳米乳液的电火花成形半精加工的材料去除率、相对电极损耗、工件表面特性和重熔层特性的影响规律关系。探明了基于油包水纳米乳液的电火花成形精加工工件表面特性；与煤油相比，采用油包水纳米乳液作为工作液可以形成无重熔层、更为平坦的精加工表面。在实验研究和理论分析的基础上，揭示了精加工表面的形成机理。
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