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电火花加工中的电极损耗机理及控制研究

作　者: 卢桂琴
导　师: 黄菊花
学　校: 南昌大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 电火花加工电极损耗及补偿点热源模型有限元分析
分类号: TG661
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着现代制造业的快速发展,传统切削加工工艺也有了长足的进步,这对电火花加工技术造成了很大压力。由于电火花加工特有的加工工艺和加工方式,使得电火花加工在某些特殊领域有着无法替代的优势。本文针对电火花加工中的电极损耗机理及控制进行深入研究,主要研究内容和取得的创新成果如下:1、本文从电火花的加工机理出发,以电火花成型加工作为研究对象,对加工时电极表面所受的力进行分析,并通过实验研究了在特定的加工环境下各种参数对电极损耗的影响;2、对电火花加工过程中脉冲放电时工件表层温度场进行了分析和计算,应用传热学的原理,得出了电蚀坑深度与电流、脉宽和热作用面积的关系;3、应用放电时的能量关系,建立了电极损耗的基本模型。并通过电火花加工的工艺实验,对上述模型进行验证;4、利用有限元分析软件ANSYS对点热源模型进行了仿真,得出了热源及其周围点的温度场分布和传热过程的动态图;通过实验结果与仿真结果的对比,首次提出了电火花加工电极损耗与加工时间的关系。5、通过对电火花的加工过程的理论分析、实验研究结果和有限元分析,得出了电极损耗的一些规律,探讨了减小电极损耗的方法,电极修正与更换,电极的在线补偿等电极损耗补偿的基本策略。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-16
  1.1 引言  9
  1.2 电火花加工国内外电极损耗控制的研究现状及发展趋势  9-14
    1.2.1 电极损耗概述  9-10
    1.2.2 电火花加工的发展历程及趋势  10-11
    1.2.3 电火花加工中电极损耗的控制  11-13
    1.2.4 电火花加工的热传效应  13
    1.2.5 非电参数对电极损耗的影响  13-14
  1.3 课题研究目的和意义  14-15
  1.4 本文的主要研究内容  15
  1.5 本章小结  15-16
第2章电火花加工理论  16-22
  2.1 电火花加工的原理  16
  2.2 电火花加工条件  16-19
    2.2.1 加工间隙  16-17
    2.2.2 瞬时脉冲性放电  17
    2.2.3 绝缘液体  17-18
    2.2.4 脉冲能量密度  18
    2.2.5 重复放电  18-19
  2.3 电火花加工的基本过程  19-21
    2.3.1 极间介质的击穿并形成放电通道  19-20
    2.3.2 电极材料熔化、汽化并发生热膨胀  20
    2.3.3 电极材料的抛出  20-21
    2.3.4 极间介质的消电离  21
  2.4 本章小结  21-22
第3章电极损耗机理剖析  22-33
  3.1 影响电极损耗的主要因素  22-25
    3.1.1 电极材料  23
    3.1.2 极性效应  23
    3.1.3 电脉冲参数与波形  23-24
    3.1.4 极间介质及其供给方式  24-25
  3.2 极间放电时的能量转换  25-30
    3.2.1 极间获得的能量及其分配  25-26
    3.2.2 电极上的热源  26-28
    3.2.3 阳极上所获得的能量  28-30
    3.2.4 阴极上所获得的能量  30
  3.3 电极表面所受的力  30-32
    3.3.1 由静电场所产生的库仑力  30-31
    3.3.2 由电磁场产生的电磁力  31
    3.3.3 放电通道的作用力  31-32
    3.3.4 通道周围气泡的作用力  32
  3.4 本章小结  32-33
第4章电火花加工电极损耗模型  33-42
  4.1 脉冲放电时工件表层温度场的计算  33-36
  4.2 工具电极损耗模型的建立  36-41
    4.2.1 工具电极去除机理  36-38
    4.2.2 工具电极损耗模型  38-39
    4.2.3 简化的电极损耗模型  39-41
  4.3 本章小结  41-42
第5章电火花加工中电极材料蚀除过程仿真  42-49
  5.1 ANSYS热分析的基本过程  42-48
  5.2 有限元仿真的结果分析  48-49
第6章电火花加工电极损耗模型实验研究  49-65
  6.1 实验条件  49-50
  6.2 实验设备  50
  6.3 电极损耗的表示方法  50-51
  6.4 加工时间5min下各个参数与损耗的关系  51-53
    6.4.1 峰值电流与电极损耗的关系验证  51-52
    6.4.2 脉间与电极损耗的关系验证  52
    6.4.3 脉宽与电极损耗的关系验证  52-53
  6.5 加工时间10min下各个参数与损耗的关系  53-56
    6.5.1 峰值电流与电极损耗的关系验证  53-54
    6.5.2 脉间与电极损耗的关系验证  54-55
    6.5.3 脉宽与电极损耗的关系验证  55-56
  6.6 加工时间30min下各个参数与损耗的关系  56-59
    6.6.1 峰值电流与电极损耗的关系验证  56-57
    6.6.2 脉间与电极损耗的关系验证  57-58
    6.6.3 脉宽与电极损耗的关系验证  58-59
  6.7 加工时间60min下各个参数与损耗的关系  59-62
    6.7.1 峰值电流与电极损耗的关系验证  59-60
    6.7.2 脉间与电极损耗的关系验证  60-61
    6.7.3 脉宽与电极损耗的关系验证  61-62
  6.8 有限元仿真与实验结果比较  62-64
    6.8.1 峰值电流与电极损耗的关系  63
    6.8.2 脉冲间隙与电极损耗的关系  63
    6.8.3 脉冲宽度与电极损耗的关系  63-64
    6.8.4 加工时间与电极损耗的关系  64
  6.9 本章小结  64-65
第7章控制和补偿电极损耗的策略探讨  65-69
  7.1 减小电极损耗的一般方法  65-68
    7.1.1 电极的修整和更换  66
    7.1.2 电极损耗的在线补偿  66-68
  7.2 本章小结  68-69
第8章结论与展望  69-70
  8.1 结论  69
  8.2 展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-76
攻读学位期间的研究成果  76

电火花加工中的电极损耗机理及控制研究

内容摘要

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