Ni-Al_2O_3功能梯度材料电火花加工仿真及实验研究

发布时间：2017-03-24 11:04

  本文关键词：Ni-Al_2O_3功能梯度材料电火花加工仿真及实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：航天航空技术的进步促使材料向具有多性能、多功能的复合材料不断发展。金属-陶瓷功能梯度材料有机地将金属材料导电、导热、高强度的特性与陶瓷的绝缘、绝热、耐磨损的特性结合在一起，成为一种具有极大实用潜力的复合材料。经过近三十年的发展，金属-陶瓷功能梯度材料无论从设计理念上、功能形式上还是制备方法上都取得了可喜的成就。然而由于金属-陶瓷功能梯度材料的自身特点，其材料组成在空间上变化，无法采用基于刀具的传统切削加工方法对其进行加工。囿于材料加工手段的限制，金属-陶瓷功能梯度材料的应用也受到了很大程度的制约。 为了解决金属-陶瓷功能梯度材料加工困难的问题，亟需研发具有针对性的、适合于金属-陶瓷功能梯度材料二次加工的特种加工方法。电火花加工充分利用了材料中金属相可以导电的特点，可以作为金属-陶瓷功能梯度材料二次加工的重要候选方法。 Ni-Al_2O_3功能梯度材料同时具有耐高温、耐磨损的特性，不仅被广泛当作热应力缓和材料以及抗冲击缓和材料，，也是金属-陶瓷功能梯度材料制备方法研究和测试方法研究中的常用材料。本文针对Ni-Al_2O_3功能梯度材料的电火花加工过程进行理论仿真以及实验研究。 通过建立Ni-Al_2O_3功能梯度材料中梯度层电火花加工传热过程的有限元模型，从理论分析的角度去研究梯度层材料的电火花加工的材料去除方式。在理论分析的基础之上进行了不同方面的实验验证，对具有较大陶瓷颗粒的金属-陶瓷功能梯度材料的梯度层电火花加工的材料去除方式进行研究。对具有中等粒径陶瓷颗粒的梯度材料以及较小粒径颗粒的梯度材料进行了对比实验，研究其材料去除方式与粒径大小的关系。 在明确材料加工机理的基础之上，对Ni-Al_2O_3功能梯度材料进行电火花线切割加工工艺试验。研究在Ni-Al_2O_3功能梯度材料在电火花线切割加工中各层材料互相影响的特点，以及这种相互作用对材料加工效率和表面粗糙度的影响。 进行Ni-Al_2O_3功能梯度材料的电火花打孔实验。采集不同层的材料加工过程中的典型电压、电流波形。通过中心复合实验设计，建立了各层材料的加工效率对电参数（电压U，充电电流I，电容C）的响应曲面模型。以提高材料加工效率为目标，进一步研究了加工所使用的加工参数对材料去除效率的影响。通过施加电极摇动的加工方式，增加了功能梯度材料纯陶瓷层的加工深度。 本文从理论和实验两个方面对Ni-Al_2O_3功能梯度材料的电火花加工进行了研究，验证了金属-陶瓷功能梯度材料的可加工性。通过揭示其梯度层材料的电火花加工过程中材料去除方式以及加工中由于陶瓷颗粒的存在而产生的梯度层层间相互影响的特殊现象，为后续实现金属-陶瓷功能梯度材料的电火花自适应控制加工提供了基础性的理论研究工作。
【关键词】：金属-陶瓷功能梯度材料 电火花加工 线切割 材料去除 仿真研究 实验研究
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V261.61
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题研究背景与课题来源10-11
• 1.1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.2 本课题的现实意义11
• 1.1.3 课题来源11
• 1.2 金属-陶瓷功能梯度材料的研究概况11-19
• 1.2.1 金属-陶瓷功能梯度材料制备方法研究概况11-15
• 1.2.2 金属-陶瓷功能梯度材料应用领域概况15-17
• 1.2.3 陶瓷材料电火花加工技术的发展概况17-19
• 1.3 金属-陶瓷功能梯度材料电加工中存在的主要问题19-20
• 1.4 本文的主要研究内容20-22
• 第2章 Ni-Al_2O_3梯度层电加工材料蚀除有限元分析22-39
• 2.1 引言22
• 2.2 基于 ANSYS 的电火花加工材料蚀除过程分析简介22-23
• 2.3 Ni-Al_2O_3功能梯度材料电火花加工有限元模型的建立23-27
• 2.3.1 几何模型的建立与网格划分23
• 2.3.2 放电通道半径23-24
• 2.3.3 热源形式24-25
• 2.3.4 边界条件与初始条件25-26
• 2.3.5 ANSYS 求解电火花加工热蚀除过程中材料的融化以及气化26-27
• 2.4 模型的求解27-29
• 2.5 仿真结果讨论及分析29-34
• 2.5.1 放电脉宽时间材料升温过程分析29-31
• 2.5.2 放电脉间时间材料冷却过程分析31-32
• 2.5.3 材料冷却过程中材料内部热应力分析32-34
• 2.5.4 梯度层材料电火花加工去除方式的讨论34
• 2.6 Ni-Al_2O_3功能梯度材料梯度层材料去除方式的实验验证34-38
• 2.6.1 Ni-Al_2O_3功能梯度材料线切割加工后表面形貌34-36
• 2.6.2 加工后的切屑36-37
• 2.6.3 Ni-Al_2O_3功能梯度材料电火花加工材料去除方式37-38
• 2.7 本章小结38-39
• 第3章 Ni-Al_2O_3梯度材料线切割加工实验研究39-56
• 3.1 实验材料的选用与材料制备39-40
• 3.2 Ni-Al_2O_3功能梯度材料电火花线切割工艺实验系统40-41
• 3.3 不同能量下梯度层的线切割加工41-44
• 3.4 不同能量下 Ni-Al_2O_3功能梯度材料线切割最大进给速度44-45
• 3.5 不同能量下 Ni-Al_2O_3功能梯度材料去除率45-48
• 3.6 Ni-Al_2O_3功能梯度材料线切割表面粗糙度48-52
• 3.6.1 梯度层的存在对 Ni 层加工后表面轮廓的影响48-50
• 3.6.2 Ni-Al_2O_3梯度材料加工后表面粗糙度随加工能量的变化50-52
• 3.7 不同陶瓷颗粒粒径的梯度材料的线切割加工52-55
• 3.7.1 陶瓷颗粒直径 5μm 梯度材料加工53
• 3.7.2 陶瓷颗粒直径 20μm 梯度材料加工53-55
• 3.8 本章小结55-56
• 第4章 Ni-Al_2O_3功能梯度材料电火花孔加工实验研究56-69
• 4.1 引言56
• 4.2 Ni-Al_2O_3功能梯度材料电火花孔加工试验56-61
• 4.2.1 工艺实验条件56-57
• 4.2.2 电极摇动对纯陶瓷层加工效率的影响57-59
• 4.2.3 不同层的加工后表面形貌以及典型放电波形59-61
• 4.3 Ni-Al_2O_3功能梯度材料电火花孔加工工艺研究61-68
• 4.3.1 工艺实验设计61-62
• 4.3.2 实验结果与响应曲面模型62-68
• 4.4 本章小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文76-77
• 致谢77

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 曹文斌，葛昌纯，李江涛;轴对称功能梯度材料设计模型[J];北京科技大学学报;1998年01期

2 曹文斌，葛昌纯，汪朝霞，李江涛;一维热应力缓和型功能梯度材料的计算机辅助设计系统[J];北京科技大学学报;1998年01期

3 李静,张景德,尹衍升,孟繁琴;Fe-Al/Al_2O_3功能梯度涂层材料研究现状及展望[J];山东工业大学学报;2001年04期

4 渠海刚;方建成;赵紫玉;李洪友;;等离子熔射制备功能梯度涂层及其应用进展[J];航空精密制造技术;2006年05期

5 曹文斌,武安华,李江涛,葛昌纯;SiC/C功能梯度材料的制备[J];北京科技大学学报;2001年01期

6 邢世凯;梯度功能材料及其在内燃机上的应用研究[J];汽车工艺与材料;2004年10期

7 裘进浩;姜皓;季宏丽;朱孔军;李勇君;;功能梯度压电驱动器的结构设计、制备与功能验证[J];光学精密工程;2009年01期

8 徐智谋,董泽华,郑家q

本文编号：265499