学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

磁场电火花复合小孔加工机理及仿真实验研究

作　者: 叶明国
导　师: 杨胜强
学　校: 太原理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 磁场电火花加工复合单脉冲电源流场仿真
分类号: TG661
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 67次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着机械微型化、精密化、自动化的不断发展,小孔加工越来越困难。尤其是硬脆材料的加工,用传统的加工方法很难达到加工要求。电火花加工属于非接触式加工,避免了对硬度、尺寸、形状的约束,具有很多优点,如加工超硬金属、陶瓷、复杂型腔等,所以电火花高速小孔加工成为目前小孔加工的主要方式之一。但是电火花高速小孔加工存在加工效率较低,加工不稳定等缺点,当小孔加工的深径比较大时,由于排屑困难,这种缺点更加明显。排屑困难引起二次放电,又引起了加工的形位误差,影响产品的性能。为了改善电火花高速小孔加工的工艺,研究者都在不断探索新思路、新方法。目前,国内外学者和工程技术人员已提出了多种复合加工方法,如电火花超声波复合加工、电解电火花复合加工、磨削电火花复合加工、磁场电火花复合加工等。为了利用单脉冲放电装置,进一步研究磁场电火花复合加工机理,本文根据电火花加工中脉冲电源的工作原理,用protel99SE设计了单脉冲加工电源并做成PCB板。电源以PIC16F877为控制核心,采用MOSFET专用功率驱动芯片TPS2812p,通过编程可实现脉宽2μs以上的单脉冲或连续脉冲电源。磁场电火花复合小孔加工中,外加磁场的作用方式有加平行磁场和加垂直磁场两种。加平行磁场的复合小孔加工是基于磁场对电蚀微粒的磁化力,改善小孔加工中排屑困难,提高加工速度;而加垂直磁场的复合小孔加工是利用带电粒子在磁场中受到洛伦磁力而改变运动方向,延长运动路径来改善加工效果。本文分别对加平行磁场复合小孔加工和加垂直磁场复合小孔加工的加工速度、表面粗糙度、放电通道的振荡进行了理论分析和相应的试验研究。在以上理论分析和实验研究的基础上,重点用Fluent软件对平行磁场电火花复合小孔加工的间隙排屑进行了流场仿真。通过仿真得出了深小孔加工中流场的压力、速度分布,并分析了对加工屑蚀除的影响,然后进一步得出了平行磁场电火花复合前后加工屑的运动轨迹、速度及流场中滞留时间的变化。仿真结果与实验的结论是一致的,通过仿真与试验的对比与分析,进一步证实平行磁场电火花复合能够通过改善排屑情况来提高深小孔的加工性能。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-10
第一章绪论  10-18
  1.1 引言  10-11
  1.2 电火花小孔加工技术  11-16
    1.2.1 电火花小孔技术的发展状况  11-13
    1.2.2 电火花小孔加工的特点  13-14
    1.2.3 电火花小孔加工的发展趋势  14-16
  1.3 课题研究的来源和意义  16-17
    1.3.1 本课题的来源  16
    1.3.2 本课题的研究意义  16-17
  1.4 本课题的研究内容  17-18
第二章电火花加工的机理、工艺  18-28
  2.1 电火花加工的机理  18-21
    2.1.1 极间介质的电离、击穿，形成放电通道  18-19
    2.1.2 介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀  19-20
    2.1.3 电极材料的抛出  20
    2.1.4 极间介质的消电离  20-21
  2.2 正常放电的电压特性  21-22
  2.3 放电时的物理现象  22-25
    2.3.1 放电通道的受力  22-23
    2.3.2 电极表面所受的力  23-25
  2.4 电参数对工艺的影响  25-28
    2.4.1 加工速度  25-26
    2.4.2 平均加工电流和电流密度  26-28
第三章电火花加工单脉冲电源的设计  28-40
  3.1 脉冲电源的发展  28-29
  3.2 单脉冲电源的设计  29-38
    3.2.1 单脉冲电源的设计方案  29-30
    3.2.2 主电路的设计  30-31
    3.2.3 脉冲控制信号电路设计  31-32
    3.2.4 PCB 板设计  32-34
    3.2.5 消振处理  34-35
    3.2.6 单片机编程  35-37
    3.2.7 单脉冲程序仿真  37-38
  3.3 单脉冲电源的生成  38-39
  3.4 结论  39-40
第四章磁场电火花加工机理的分析  40-61
  4.1 加工间隙的形成  40-42
  4.2 放电通道的磁流体模型  42-47
    4.2.1 带点粒子在电磁场中的运动  42-44
    4.2.2 放电通道的位形平衡  44-47
  4.3 永磁场电火花复合小孔加工机理的研究  47-53
    4.3.1 永磁电火花复合前后深小孔加工对比  48-51
    4.3.2 永磁电火花复合加工机理的分析  51-53
  4.4 电磁场电火花复合小孔加工机理的研究  53-60
    4.4.1 放电通道的形状  54-55
    4.4.2 电磁电火花复合加工机理的分析  55-60
  4.5 结论  60-61
第五章永磁电火花复合小孔加工流场排屑模拟  61-84
  5.1 仿真在电火花中的应用  61-62
  5.2 FLUENT 软件介绍  62-63
  5.3 液固两相流理论知识  63-69
    5.3.1 流体的运动状态  63
    5.3.2 液固两相流数值模型  63-64
    5.3.3 离散相仿真的理论知识  64-68
    5.3.4 DPM 中UDF 的应用  68-69
  5.4 永磁电火花加工排屑的物理现象  69-71
    5.4.1 永磁电火花排屑原理  69-70
    5.4.2 加工屑的几何形状  70-71
  5.5 永磁电火花复合加工抛出粒子磁场力的计算  71-73
    5.5.1 圆柱形永磁体在流场空间某点磁感应强度的计算  71
    5.5.2 圆柱形永磁体对流场空间铁磁类物质磁场力的计算  71-72
    5.5.3 电火花放电抛出颗粒所受磁场力  72-73
  5.6 基于FLUENT 的永磁电火花排屑仿真  73-82
    5.6.1 间隙流场仿真  74-78
    5.6.2 电火花加工排屑仿真  78-79
    5.6.3 仿真结果分析  79-82
    5.6.4 实验与仿真对比  82
  5.7 结论  82-84
第六章结论与展望  84-86
  6.1 本论文的结论  84
  6.2 未来的研究工作展望  84-86
参考文献  86-90
附录一 D703F 高速电火花小孔加工机床主要技术参数  90-91
附录二 IRFP250N 场效应管主要技术参数  91-92
附录三单脉冲地址与脉宽对应表  92-93
致谢  93-94
攻读硕士期间发表论文  94
攻读硕士期间参与科研项目  94

磁场电火花复合小孔加工机理及仿真实验研究

内容摘要

全文目录

相似论文