学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

不锈钢模具电火花成形加工工艺参数优化研究

作　者: 陈虎
导　师: 张立新
学　校: 石河子大学
专　业: 农业机械化
关键词: 不锈钢电火花加工成形加工加工工艺参数优化
分类号: TG661
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 17次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

不锈钢具有强度硬度高、耐腐蚀性强、耐高温等优良性能,因此在航天航空、石油化工、仪器仪表等诸多领域得到了广泛应用。但是,不锈钢属于典型的难加工材料,在传统切削加工中切削温度高、加工硬化严重、刀具磨损严重,使得加工质量很难控制甚至不能进行切削加工,其难加工性往往会制约它的应用。而电火花加工(Electrical discharge machining. EDM),因其加工时不受材料强度、硬度限制,工件和工具无宏观作用力等特点,弥补了传统加工方法在难加工材料加工中的不足,具有明显的优势。但是电火花加工过程是一种受多工艺参数影响的复杂随机过程,难以用统一的数学模型进行描述工艺参数与工艺效果之间的复杂关系,电火花加工工艺设计比其他的工艺设计方法更加复杂,因此如何提高电火花加工效率、成形加工精度,简化操作过程,实现自动化加工有着很大的现实意义。基于上述两类问题,本文在查阅了大量的国内外文献资料的基础上,设计并进行了一系列工艺试验,利用数理统计和对比的方法较详细地分析了电火花加工不锈钢模具的工艺特性,以及电极材料对加工效果的影响,同时以Matlab7.13软件为工作平台建立了电火花加工工工工艺参数优化模型。具体做了如下方面的工作：(1)对电火花成形加工原理及过程进行了分析研究,根据电火花加工工艺特点及电火花加工工艺设计的内容,采用材料去除率、电极相对损耗、表面粗糙度及加工间隙4个工艺指标对电火花成形加工工艺效果进行综合评价,总结了电火花成形加工的工艺规律。(2)以电火花多电极加工3Cr13模具型腔为研究对象,以提高材料去除率和降低电极损耗为目标,对负极性标准切入加工时不同电极材料的电火花加工型能(加工效率、电极损耗)进行研究,设计并进行了不同工艺参数下的紫铜电极和Cu50W铜钨合金电极加工试验,对多电极电火花加工工艺及经济性进行分析,结果表明：相同工艺参数下,加工性能因电极材料热学性能不同而不同,Cu50W铜钨合金的材料去除率约为紫铜的85.7%,而电极相对损耗却是约为紫铜的42.9%,从而为电火花加工不锈钢模具材料的电极选择提供了理论依据。(3)以铜钨合金电极加工3Cr13不锈钢模具为研究对象,以材料去除率、电极损耗和放电间隙作为评价电火花加工3Cr13不锈钢加工性能指标,详细分析了脉冲宽度、峰值电流、脉冲间隔、加工电压等因素对不锈钢加工的影响规律,并得到了单因素对3Cr13不锈钢加工的最佳参数范围,可根据不同工艺效果调节各参数,以达到高效稳定加工的目的。(4)针对电火花成形加工中电参数优化属多目标优化的问题,在分析总结传统优化方法的基础上,对比选择多目标优化的方法,利用BP神经网络建立电火花加工工艺效果优化模型,并使用机床制造厂家提供的工艺曲线为参考,设计并进行实验验证。结果表明：BP神经网络优化模型对材料去除率、电极相对损耗和加工间隙的预测平均误差为7.65%,12.75%,5.86%,真实的反映了机床的加工工艺规律。本文的工作对深入探索电火花加工不锈钢的加工提供了理论依据,为高效、低损耗、高精度的电火花不锈钢成形加工提供了一种简单、切实可行的工艺参数优化途径,对该材料复杂模具型腔的加工具有一定的借鉴、指导意义。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-20
  1.1 课题研究背景  11
  1.2 课题研究的目的和意义  11-13
  1.3 电火花加工技术的研究现状  13-17
    1.3.1 电火花加工基础理论研究  13-14
    1.3.2 电火花加工工艺的研究  14-15
    1.3.3 电火花成形加工工艺参数优化的研究及存在的问题  15-17
  1.4 不锈钢的应用  17-18
  1.5 课题研究的主要内容  18-20
    1.5.1 研究目标  18
    1.5.2 研究内容  18-20
第二章电火花加工机理及加工效果的影响因素  20-37
  2.1 电火花成形加工的原理  20-22
    2.1.1 电火花成形加工的基本原理  20-21
    2.1.2 电火花加工的条件  21-22
    2.1.3 电火花加工的特点及应用  22
  2.2 电火花成形加工的机理  22-24
    2.2.1 电离、击穿极间介质,形成放电通道  22-23
    2.2.2 工件材料与介质被熔化与汽化、热分解  23-24
    2.2.3 热膨胀抛出电蚀产物  24
    2.2.4 介质的消电离  24
  2.3 几种放电形式的比较  24-26
    2.3.1 正常火花放电机理  24-25
    2.3.2 过度放电机理  25-26
    2.3.3 电弧放电机理  26
  2.4 影响电火花加工放电腐蚀的主要因素  26-29
    2.4.1 极性效应  26-27
    2.4.2 覆盖效应  27
    2.4.3 间隙放电特性  27
    2.4.4 面积效应  27-28
    2.4.5 脉冲放电特性  28
    2.4.6 介质效应  28-29
    2.4.7 工具电极与工件材料特性  29
  2.5 电火花加工工艺设计的基本内容  29-30
  2.6 电火花加工效果及其影响因素  30-36
    2.6.1 电火花加工速度及其影响因素  31-33
    2.6.2 电火花加工电极损耗及其影响因素  33-35
    2.6.3 电火花加工表面质量及其影响因素  35
    2.6.4 电火花加工工件的几何形状精度及其影响因素  35-36
  2.7 本章小结  36-37
第三章不锈钢电火花成形加工工艺参数对加工效果的影响实验  37-52
  3.1 试验设备的选择  37-40
    3.1.1 试验机床与仪器  37-38
    3.1.2 工作液的选择  38-39
    3.1.3 加工材料的特征  39
    3.1.4 电极材料的选择  39
    3.1.5 电极与工件的装夹校正  39-40
  3.2 工艺指标及测量方式  40-41
  3.3 实验方案及实验条件的选择  41-43
    3.3.1 电火花加工中电极材料对加工性能影响的电参数设置  42
    3.3.2 铜钨合金电极加工3Crl3不锈钢单因素实验的电参数设置  42-43
  3.4 电火花加工中电极材料对加工性能影响的试验研究  43-47
    3.4.1 脉冲宽度与材料去除率之间的关系  44-45
    3.4.2 脉冲宽度与电极相对损耗之间的关系  45-46
    3.4.3 加工经济性分析  46
    3.4.4 实验结论  46-47
  3.5 铜钨合金电极电火花成形加工电参数单因素影响试验  47-51
    3.5.1 开路电压的影响  47-48
    3.5.2 脉冲间隔的影响  48-49
    3.5.3 脉冲宽度的影响  49-50
    3.5.4 峰值电流的影响  50-51
  3.6 本章小结  51-52
第四章不锈钢电火花成形加工电参数优化  52-64
  4.1 传统求解多目标优化问题的方法  52-55
    4.1.1 ε-约束法  52
    4.1.2 加权求和法  52-53
    4.1.3 最小-最大法  53
    4.1.4 分层序列法  53
    4.1.5 传统优化方法的局限性  53-54
    4.1.6 BP网络(误差反向传播网络)  54-55
  4.2 基于人工神经网络的电火花成形加工工艺参数优化系统的建立  55-61
    4.2.1 样本数据的选择及预处理  56-57
    4.2.2 BP网络模型的结构设计  57-59
    4.2.3 网络训练参数的选择  59-60
    4.2.4 BP网络模型训练过程及结果  60-61
  4.3 BP网络与查表法的预测结果比较  61-62
  4.4 本章小结  62-64
第五章结论与展望  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
作者简介  71-72
石河子大学硕士研究生学位论文导师评阅表  72

不锈钢模具电火花成形加工工艺参数优化研究

内容摘要

全文目录

相似论文