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电火花加工中电极蚀除及其理论基础的研究

作　者: 赵伟
导　师: 方宗德
学　校: 西北工业大学
专　业: 机械制造与自动化
关键词: 电火花加工流光有限次脉冲放电极性效应脉宽正极负极碳保护膜
分类号: TG661
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

电火花加工作为不同于传统加工的一种工艺方法，被广泛应用在模具行业和汽车工业等制造领域，并且发挥着不可替代的作用。然而由于电火花放电的蚀除过程是相当复杂的，所以到目前为止还没有形成统一的电火花理论，而传统理论的一些内容已难以圆满解释电火花加工过程中的全部现象。这需要我们不断的研究和实践，找出其内在规律，完善其理论基础。这不仅对完善电火花加工理论本身有着重要的意义，同时必将促进并有助于推动电火花加工工艺的发展和进步。本文针对电火花放电通道中带电粒子的运动对两电极蚀除量的影响规律以及极性效应理论的不足，采用单脉冲放电和有限次脉冲放电等一系列实验手段并通过模型分析对电火花加工中的理论问题进行了较为系统的研究，并将主要结论在钛合金TC4的电火花加工中得到验证。本文的主要工作和结论如下： 1．进行了相同材料的针一板、棒状电极的单脉冲放电研究。单脉冲条件下的放电研究可以排除碳保护膜对电极重量变化的影响，从而定性反映每次放电阴极、阳极真实的蚀除情况。结果显示尽管在大脉宽条件下放电，正极的蚀除仍然大于负极的蚀除。并从极间能量分配角度和放电通道在两极表面振荡和跳跃等方面对放电结果进行了分析。指出碳保护膜对电极蚀除的影响在单脉冲放电时是微乎其微的。提出了连续脉冲下的放电结果可以不同于单脉冲条件下的放电结果的观点。 2．文中变换放电能量和放电次数进行了有限次脉冲放电研究。采用有限次脉冲放电这样一种介于单脉冲放电和连续放电之间的放电形式进行实验，既可以了解碳保护膜的变化对两极蚀除的影响过程，又便于对放电后的电极质量称量。通过实验结果中阴极、阳极蚀除量随加工时间的动态变化对放电通道中电子和正离子的运动进行了综合分析。认为无论脉宽如何变化，通道中正离子对阴极的轰击作用对阴极的蚀除影响都不大，否定了在脉宽较大条件下放电正离子可以高速轰击阴极并使其蚀除量增加的观点。 3．探讨了碳保护膜的形成条件及其对电极蚀除量的动态影响过程，并首次指出碳保护膜对阳极蚀除量的补偿作用是导致长时间放电加工条博士论文摘要件下阴极蚀除量大于阳极蚀除量的直接原因。 4.提出了一个新的观点，即不论采用正极性加工还是负极性加工，都应先进行一段时间的正极性加工。在放电开始时先进行一段时间的正极性加工这样不但有利于放电的产生，而且当去除量很小时还可以充分利用此时阳极蚀除量大于阴极蚀除量的特点提高蚀除效率。 5.对电火花放电加工进行了模型化分析，认为对阴极传递能量并影响其蚀除的粒子主要是光子，不是正离子。 6.运用本文的实验及其分析结果，在原极性效应理论的基础上，提出了一个更为完善的极性效应理论。成功的解释了正离子和电子在气体、煤油和水基工作液等不同介质中的电火花放电中对电极蚀除的影响作用，完成了在不同介质中进行电火花放电的部分理论基础的统一工作，起到了完善电火花放电加工理论基础的作用。 7.以石墨为电极对电火花加工钦合金TC4进行了验证性实验，结果表明无论脉宽大小均应采用正极性加工，因此时加工速度快。并通过扫描电镜和X射线衍射等手段对电火花加工钦合金时其表面不产生碳保护膜的主要原因进行了深入的分析。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-3
目录  3-10
第一章绪论  10-20
  1.1 引言  10
  1.2 电火花加工的发展现状  10-16
    1.2.1 电火花加工工艺的发展  10-13
    1.2.2 电火花加工设备随控制理论的同步发展  13-14
    1.2.3 电火花加工的理论基础  14-16
  1.3 本文要做的工作  16-20
    1.3.1 研究工作的必要性  16-18
    1.3.2 本文要做的工作  18-20
第二章气体放电理论  20-42
  前言  20
  2.1 气体放电的伏安特性  20-22
  2.2 汤生放电  22-23
  2.3 火花放电  23-37
    2.3.1 火花放电的流光理论  24-31
      2.3.1.1 正、负流光的形成过程  24-28
      2.3.1.2 流光的形成机理  28-31
    2.3.2 火花放电的击穿形成时间滞后  31-35
    2.3.3 火花放电的形成时间  35-37
  2.4 汤生击穿和流光击穿之间的过渡  37-39
  2.5 气体介质中的电火花放电加工  39-41
  2.6 本章小结  41-42
第三章电火花放电加工理论基础及机理  42-61
  前言  42
  3.1 电火花加工的放电机理  42-48
    3.1.1 电火花加工的击穿机理  42-45
    3.1.2 正常火花放电与过度放电及电弧放电机理的比较  45-48
  3.2 阴极和阳极  48-56
    3.2.1 阴极压降和阳极压降  48-52
      3.2.1.1 阴极压降  50-51
      3.2.1.2 阳极压降  51-52
    3.2.2 阴极和阳极上所获得的能量  52-56
      3.2.2.1 阳极上所获得的能量  52-55
      3.2.2.2 阴极上所获得的能量  55-56
  3.3 液体中放电的伏安特性  56-57
  3.4 电火花加工、电弧加工和等离子弧加工的关系  57-60
    3.4.1 电火花加工、电弧加工和等离子弧加工之间的区别  58-60
    3.4.2 电火花加工、电弧加工和等离子弧加工之间的联系  60
  3.5 本章小结  60-61
第四章单脉冲放电研究  61-77
  4.1 单脉冲放电研究的必要性  61
  4.2 单脉冲放电研究的电路设计  61-63
  4.3 夹具设计  63-64
  4.4 单脉冲针板电极实验及结果  64-66
    4.4.1 实验条件的选取  64-65
    4.4.2 实验结果  65-66
  4.5 单脉冲棒状电极实验及结果  66-68
  4.6 实验结果分析  68-76
    4.6.1 能量在两极的分配  68-70
    4.6.2 放电通道的振荡对电极蚀除的影响  70-73
    4.6.3 碳保护膜对电极蚀除的影响  73-75
    4.6.4 单脉冲放电结果与连续脉冲条件下的放电结果之间的关系  75-76
  4.7 本章小结  76-77
第五章有限次脉冲放电研究  77-89
  前言  77
  5.1 实验设备及实验条件  77-78
  5.2 改变能量的有限次脉冲放电研究  78-80
    5.2.1 小能量下的有限次脉冲放电实验结果  78-79
    5.2.2 大能量下的有限次脉冲放电实验结果  79-80
  5.3 改变脉冲放电次数的有限次放电研究  80-81
  5.4 实验结果分析  81-87
    5.4.1 对于最佳脉宽的认识  81-82
    5.4.2 碳保护膜对电极蚀除量的影响  82-84
    5.4.3 放电通道中电子及正离子的运动对电极蚀除的影响  84-85
    5.4.4 先进行正极性加工的必要性  85-87
  5.5 本章小结  87-89
第六章电火花加工的理论研究与分析  89-98
  前言  89
  6.1 模型分析  89-94
  6.2 完善的极性效应理论  94-95
  6.3 气体和液体介质中带电粒子运动规律的统一  95-97
  6.3 本章小结  97-98
第七章钛合金TC4的电火花放电研究  98-104
  7.1 前言  98
  7.2 实验结果  98-99
  7.3 结果分析  99-103
    7.3.1 钛及其合金的物理化学特性  99-100
    7.3.2 显微分析  100-102
    7.3.3 X射线衍射分析  102-103
  7.4 本章小结  103-104
第八章总结  104-107
  8.1 本文的工作和主要结论  104-105
  8.2 本文的主要创新点  105-106
  8.3 进一步研究的设想  106-107
博士生期间发表论文情况  107-108
致谢  108-109
参考文献  109-116

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