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机械振动辅助液中喷气电火花加工技术研究

作 者: 李林洮
导 师: 康小明
学 校: 上海交通大学
专 业: 航空宇航制造工程
关键词: 液中喷气电火花加工 机械振动 材料去除率 工具电极损耗率 能量分配系数
分类号: TG661
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 21次
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内容摘要


气中电火花加工方法采用对人体无害的气体作为工作介质,不污染环境,电极损耗低,便于简化加工工艺。然而,这种加工方法的放电间隙小,其短路率高、加工状态不稳定。在气中电火花加工方法基础上提出的液中喷气电火花加工技术近年取得了很大进展。在相同的加工条件下,液中喷气电火花加工比气中电火花加工的材料去除率更高、表面质量更好。但是,液中喷气点火加工还存在材料去除率的绝对值仍然较低的不足。高速平动台辅助液中喷气电火花加工虽获得了35.2mm3/min的材料去除率,但其电极损耗却由常规液中喷气电火花加工的几乎为零猛增到40%。针对液中喷气电火花加工不能同时获得高材料去除率和低电极损耗的问题,本文提出了机械振动辅助液中喷气电火花加工方法。在这一方法的加工过程中将工件固定于振动工作台上,并随其一起振动。本文设计并制作了一个音圈电机振动工作台,对振动工作台的工作参数进行了优化,发现当振动频率为300Hz、振幅为22.4μm时,液中喷气电火花加工不仅能提高材料去除率,还能够改善加工表面的质量。研究了在振动辅助下,脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电流、气体压力、电极旋转速度等参数对液中喷气电火花加工性能的影响。实验结果表明,当脉宽为400μs、脉间为10μs、峰值电流为30A、气体压力为0.2MPa、电极旋转速度为1500rpm时,材料去除率能达到45mm3/min,而电极损耗率几乎为零且不随加工参数的变化而变化。所以,在机械振动辅助液中喷气电火花加工不仅改善了液中喷气电火花加工性能,而且还保持了电极损耗接近于零的优点。本文还对液中喷气电火花加工时极间能量分配的规律进行了初步分析。通过单脉冲实验和数值模拟,研究了工件的能量分配系数与脉冲宽度和峰值电流的关系。当脉宽和峰值电流小时,工件的能量分配系数Fa也越大,为0.3;当脉宽和峰值电流较大时,工件的能量分配系数也较大,为0.4。采用数值模拟方法得到的电极蚀坑半径与实验室基本一致。这一研究为揭示液中喷气电火花加工的放电机理奠定了基础。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-28
  1.1 电火花加工加工技术的提出和特点  12-13
  1.2 电火花加工技术研究现状和发展趋势  13-18
    1.2.1 理论研究现状  13-14
    1.2.2 工艺研究现状  14-17
    1.2.3 电火花加工技术的发展趋势  17-18
  1.3 气中电火花加工的提出与研究现状  18-22
    1.3.1 气中电火花加工的提出  18-19
    1.3.2 气中电火花加工的研究现状  19-22
  1.4 液中喷气电火加工的提出和研究现状  22-27
    1.4.1 液中喷气电火花加工的提出  22-24
    1.4.2 液中喷气电火花加工的研究现状  24-27
  1.5 本文的研究内容  27-28
第二章 液中喷气电火花加工机理  28-39
  2.1 传统电火花加工的基本机理  28-31
    2.1.1 极间介质的电离、击穿,形成放电通道  28-29
    2.1.2 介质热分解、电极材料熔化、汽化热膨胀  29
    2.1.3 电极材料的抛出  29-30
    2.1.4 极间介质的消电离  30-31
  2.2 液中喷气电火花加工机理  31-38
    2.2.1 介质电导、击穿,形成放电通道  31-35
    2.2.2 放电通道扩展及电极材料熔融汽化  35-37
    2.2.3 电蚀产物的抛出  37
    2.2.4 极间介质的消电离  37-38
  2.3 本章小结  38-39
第三章 机械振动辅助液中喷气电火花加工技术研究  39-59
  3.1 振动辅助工作台的研制  39-48
    3.1.1 音圈电机简介  39-42
    3.1.2 振动平台结构设计  42-43
    3.1.3 振动平膜片设计  43-46
    3.1.4 振动台振幅的测定  46-48
  3.2 实验系统  48-49
  3.3 振动工作台对加工性能的影响  49-52
    3.3.1 对MRR 和EWR 的影响  50-51
    3.4.2 对表面质量的影响  51-52
    3.3.3 振动工作台参数优化  52
  3.4 辅助条件下电加工参数对液中喷气电火花加工性能的影响  52-58
    3.4.1 脉宽对加工性能的影响  53-54
    3.4.2 脉间对加工性能的影响  54-55
    3.4.3 峰值电流对加工性能的影响  55-56
    3.4.4 压力对加工性能的影响  56
    3.4.5 电极转速对加工性能的影响  56-58
  3.5 实验结论  58
  3.6 本章小结  58-59
第四章 极间能量分配系数研究  59-69
  4.1 极间所获得的能量及其分配  59-60
  4.2 电极对上的热源  60-61
  4.3 液中喷气单脉冲放电仿真及结果分析  61-68
    4.3.1 仿真软件COMSOL 的简介  61-62
    4.3.2 液中喷气单脉冲放电模拟仿真  62-64
    4.3.3 单脉冲实验  64-65
    4.3.4 结果分析与模型验证  65-68
  4.4 本章小结  68-69
第五章 结论与展望  69-71
  5.1 结论  69-70
  5.2 展望  70-71
参考文献  71-76
致谢  76-78
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  78

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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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