放电诱导雾化烧蚀深型孔加工技术研究

发布时间：2017-10-19 04:26

  本文关键词：放电诱导雾化烧蚀深型孔加工技术研究

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【摘要】：深型孔加工是机械加工中的一种重要加工需求。随着科学技术的进步,产品的更新换代周期越来越短,新型高硬度、高强度难加工材料的深孔零件不断出现,无论是对深孔加工效率、加工的质量,还是加工成本都提出了更高的要求。电火花加工具有不受制于工件材料物理力学性能(硬度、强度等)、无机械切削力等特点而适合于难切削材料、特殊及复杂形状零件的加工。然而电火花加工的蚀除能量受制于脉冲电源的能量输出,材料蚀除效率较低。另外,排屑困难也是制约电火花加工在大深径比深孔加工方面应用的关键因素。为此,本文提出了放电诱导雾化烧蚀深型孔加工技术,其采用“水基——氧气”均匀混合形成的雾化介质作为工作介质。首先改变了蚀除材料的能量来源,蚀除材料的能量来源主要从脉冲放电能量变换为材料自身燃烧所释放的化学能;其次借助工作介质流的高压以及极间的“爆炸”效果促进排屑,从而达到了大深径比加工深型孔的目的。本文的主要研究工作如下:(1)设计并构建了“水基——氧气”均匀混合的雾化装置以及专用的放电诱导雾化烧蚀深型孔加工系统。可以根据加工需求在线调节氧气和水的压力、氧气通断时间比,为试验的开展提供了系统保障。(2)对放电诱导雾化烧蚀加工的机理进行了深入分析,研究了其宏观特性与微观特性,建立了极间雾化介质击穿模型,分析了放电诱导雾化烧蚀加工的能量来源。(3)对模具钢Cr12分别进行了相同电参数条件下常规电火花、放电诱导雾化烧蚀、间歇烧蚀深型孔加工的对比试验。结果表明:间歇烧蚀加工,电极内孔易堵塞导致氧气无法正常通入加工区域而无法稳定持续加工,加工深度有限。放电诱导雾化烧蚀加工的效率约为常规电火花加工的5.45倍,电极质量相对损耗较常规电火花加工降低了82%,同时还获得了良好的表面质量和加工精度。(4)采用放电诱导雾化烧蚀加工对模具钢Cr12进行了工艺规律试验研究。分析了电参数以及非电参数对烧蚀加工特性(材料蚀除率、电极体积相对损耗)的影响规律,主要的影响参数有峰值电流、脉宽、雾化介质压力以及氧气通断时间比。结果表明:放电能量增大,材料蚀除率升高,电极体积相对损耗下降;雾化介质压力和氧气通断时间比的增大使放电区域氧气浓度增加,燃烧氧化反应强度提升,材料蚀除率也随之增大。(5)针对减小放电诱导雾化烧蚀加工表面重熔层的问题,提出了“雾化烧蚀-电解”复合放电加工方法,采用“电解液——氧气”均匀混合形成的雾化介质作为工作介质,并进行了理论分析研究和特性试验。研究发现,其典型的加工过程包含放电点金属受热活化、表面金属氧化、表层金属氧化受阻、内部基体金属快速氧化和加工表面重熔层微电解5个阶段;其加工状态分为非正常放电(短路)、微电解、火花放电、雾化烧蚀-电解以及雾化烧蚀5类。相对于雾化烧蚀加工,其拐角圆弧半径尺寸降低了44.3%,表面重熔层厚度降低了42.9%。
【关键词】：电火花加工 放电诱导雾化烧蚀 深型孔 高效 重熔层
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG661
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 注释表15-16
• 第一章 绪论16-32
• 1.1 难加工材料的广泛应用16-19
• 1.1.1 难加工材料的范畴与分类17-18
• 1.1.2 难加工材料的深孔加工一般特性18-19
• 1.2 深孔加工的机械切削加工技术19-22
• 1.2.1 高速与超高速切削加工技术19-20
• 1.2.2 超声振动辅助切削加工技术20-21
• 1.2.3 高压喷射冷却低温切削加工技术21-22
• 1.3 深孔加工的电蚀除加工技术22-28
• 1.3.1 电火花加工技术23-24
• 1.3.2 电解加工技术24-25
• 1.3.3 电熔爆加工技术及脉冲电弧加工技术25-27
• 1.3.4 其他孔电蚀除加工技术27-28
• 1.4 本课题研究的内容28-32
• 1.4.1 课题研究意义28-30
• 1.4.2 课题研究内容与方案30-32
• 第二章 放电诱导雾化烧蚀深型孔加工系统32-44
• 2.1 放电诱导雾化烧蚀深型孔加工原理32-33
• 2.2 放电诱导雾化烧蚀加工系统的设计与构建33-38
• 2.2.1 试验机床平台与改进33-34
• 2.2.2 雾化装置系统设计34-37
• 2.2.3 工作液循环系统37-38
• 2.2.4 气体供给装置38
• 2.3 气体间歇供给控制系统设计38-39
• 2.4 辅助数据采集与测量设备39-43
• 2.5 本章小结43-44
• 第三章 放电诱导雾化烧蚀深型孔加工机理研究44-66
• 3.1 放电诱导雾化烧蚀宏观特性44-51
• 3.1.1 宏观特性试验设计44
• 3.1.2 宏观加工原理与加工状态44-46
• 3.1.3 极间雾化介质击穿模型与加工能量来源46-49
• 3.1.4 高压雾化介质对极间排屑的影响49-51
• 3.2 放电诱导雾化烧蚀微观特性51-55
• 3.2.1 单脉冲试验设计51-52
• 3.2.2 雾化介质对极间放电间隙的影响52-53
• 3.2.3 雾化介质对烧蚀反应的冷却—抑制作用53-54
• 3.2.4 单脉冲放电蚀除坑分析54-55
• 3.3 放电诱导雾化烧蚀深型孔加工极间介质流场有限元分析55-58
• 3.3.1 三维模型构建与边界条件设定55-56
• 3.3.2 仿真过程56-58
• 3.3.3 采用多孔电极加工一定深度时的极间流场压力仿真58
• 3.4 放电诱导雾化烧蚀深型孔加工特性对比试验58-64
• 3.4.1 对比试验设立58-59
• 3.4.2 材料蚀除率分析59-62
• 3.4.3 电极体积相对损耗分析62
• 3.4.4 加工表面质量和加工精度分析62-64
• 3.5 小结64-66
• 第四章 放电诱导雾化烧蚀深型孔加工工艺试验研究66-75
• 4.1 影响加工特性的因素66-68
• 4.1.1 电参数因素66-67
• 4.1.2 非电参数因素67-68
• 4.2 电参数对雾化烧蚀加工特性的影响68-72
• 4.2.1 峰值电流对加工特性的影响68-70
• 4.2.2 脉宽对加工特性的影响70-72
• 4.3 非电参数对雾化烧蚀加工特性的影响72-74
• 4.3.1 雾化介质压力对加工特性的影响72-73
• 4.3.2 氧气通断时间比对加工特性的影响73-74
• 4.4 本章小结74-75
• 第五章 放电诱导雾化烧蚀加工表面重熔层减薄研究75-88
• 5.1 放电诱导雾化烧蚀加工表面重熔层75-76
• 5.2“雾化烧蚀-电解”复合放电加工方法的提出76-77
• 5.3“雾化烧蚀-电解”复合放电加工的原理与装置77
• 5.4“雾化烧蚀-电解”复合放电加工的机理研究77-82
• 5.4.1“雾化烧蚀-电解”复合放电加工过程微观阶段77-80
• 5.4.2“雾化烧蚀-电解”复合放电加工的五种放电状态80-82
• 5.5“雾化烧蚀-电解”复合放电加工特性试验82-86
• 5.5.1 材料蚀除率分析83-84
• 5.5.2 电极体积相对损耗分析84-85
• 5.5.3 拐角精度分析85-86
• 5.5.4 加工表面重熔层分析86
• 5.6 本章小结86-88
• 第六章 总结与展望88-91
• 6.1 论文完成的主要工作与结论88-89
• 6.2 论文主要的创造性工作89
• 6.3 后续研究工作展望89-91
• 参考文献91-97
• 致谢97-98
• 在学期间发表的学术论文及研究成果98-100
• 附件100-106

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1059036