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SiC_p/Al复合材料电火花加工的建模与仿真

作　者: 张清芬
导　师: 胡富强
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 电火花加工 间隙流场仿真 温度场仿真 材料蚀除率 电极损耗
分类号: TG661
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


SiCp/Al复合材料作为一种新型的先进材料,由于具有比强度高、热稳定性好和线膨胀系数低等优点,受到各国政府的重视,在航空、航天、体育等行业中得到广泛应用。同时,由于SiCp/Al复合材料具有高硬度和高比强度的特点,使用传统的加工方法加工较为困难,电火花加工作为一种有效的非传统加工方法被广泛应用于SiCp/Al复合材料的加工。电火花小孔加工间隙流场中蚀除微粒的分布是电火花放电频率和放电点分布的重要影响因素,对加工效率与加工表面质量产生较大的影响。因此对小孔间隙流场与蚀除颗粒的分布情况进行研究是提高加工效率,保证加工稳定性,以及提高小孔加工精度的重要途径之一。对电火花加工温度场的研究对于了解电火花加工的机理,预测材料去除率、电极损耗及表面粗糙度都有重要的意义。本文通过仿真的方法研究了SiCp/Al复合材料在电火花加工中间隙流场以及温度场的规律。提出了一种电极改制的方法,通过FLUENT流体软件,进行间隙流场颗粒浓度的仿真,通过不同形式电极间隙流场的比较研究,得出改制电极能够明显减小间隙流场的颗粒浓度的结论,并通过实验验证了仿真结果的正确性。本文还在此基础上建立了不同冲液压力与主轴转速下的间隙流场模型,分析了不同的加工条件下小孔加工间隙流场的分布规律。使用ANSYS软件对单脉冲放电电火花加工的温度场进行了建模与仿真,通过仿真结果研究分析了不同的电参数对放电凹坑的影响。结合单脉冲放电温度场的仿真结果、连续脉冲放电理论与电火花铣削加工的分层加工方法建立了连续脉冲放电电火花铣削加工材料蚀除率与电极损耗的模型,并进行了相关的实验验证。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-16
  1.1 电火花小孔加工的发展现状  8-9
  1.2 颗粒增强金属基复合材料的加工现状与发展  9-11
  1.3 电火花仿真的国内外研究现状及分析  11-15
  1.4 本课题主要研究内容  15-16
第2章 电火花小孔加工间隙流场的建模与仿真  16-34
  2.1 前期实验准备  16-18
  2.2 间隙流场模型的建立  18-19
    2.2.1 数学模型  18
    2.2.2 物理模型  18-19
  2.3 仿真模型简化  19-20
  2.4 FLUENT仿真  20-24
    2.4.1 GAMBIT建模及网格划分  20-21
    2.4.2 初始与边界条件  21-22
    2.4.3 计算模型的选择  22-24
  2.5 仿真结果与分析  24-29
    2.5.1 不同加工参数对普通内冲液电极间隙流场微粒浓度的影响  24-25
    2.5.2 不同形式电极的仿真结果及对比分析  25-28
    2.5.3 不同加工参数对改制电极间隙流场微粒浓度的影响  28-29
  2.6 实验验证  29-32
    2.6.1 电极改制  29-30
    2.6.2 普通内冲液电极不同加工参数下的实验验证  30-31
    2.6.3 不同形式电极实验验证  31-32
  2.7 本章小结  32-34
第3章 电火花加工单脉冲放电温度场的仿真分析  34-57
  3.1 热分析模型的建立  34-36
    3.1.1 物理模型  34-35
    3.1.2 数学模型  35-36
  3.2 放电通道分析  36-38
    3.2.1 放电通道能量分析  36
    3.2.2 放电通道半径的计算  36-38
  3.3 热源模型分析  38-40
  3.4 材料相关参数的确定  40-46
    3.4.1 导热系数与比热的确定  40-43
    3.4.2 焓值的计算  43-46
  3.5 单脉冲放电电火花加工温度场的仿真  46-55
    3.5.1 仿真模型简化  46
    3.5.2 模型建立与网格划分  46-47
    3.5.3 边界条件与初始条件  47-48
    3.5.4 载荷的加载与求解  48-50
    3.5.5 仿真结果  50-52
    3.5.6 仿真结果分析  52-55
  3.6 本章小结  55-57
第4章 电火花铣削加工连续脉冲放电MRR与EW的建模与实验验证  57-64
  4.1 连续脉冲放电条件下材料蚀除率与电极损耗的建模  57-61
    4.1.1 模型简化  57
    4.1.2 脉冲有效利用率的确定  57-58
    4.1.3 材料冲蚀系数的确定  58-59
    4.1.4 连续脉冲放电条件下材料蚀除率的确定  59-61
    4.1.5 连续脉冲放电条件下电极损耗的确定  61
  4.2 实验验证  61-63
    4.2.1 电火花铣削材料蚀除率的实验验证  61-62
    4.2.2 电火花铣削电极损耗的实验验证  62-63
  4.6 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 特种加工机床及其加工 > 电加工机床及其加工
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