高温合金GH4169的电火花加工多目标参数优化与工艺建模研究

发布时间：2020-05-29 03:41

【摘要】：由于高温合金具有较高的硬度和强度,良好的热稳定性、耐腐蚀性和抗疲劳性等优良的性质,因此,广泛用来制造航空发动机和汽轮机的关键零部件。在所有高温合金中,GH4169的产量和使用量最大,因此,GH4169最具有代表性。但是,在用传统切削加工GH4169时,遇到了很多问题,比如切削力大,刀具易磨损等。由于电火花加工依靠火花放电产生的热能将材料去除,不受工件材料强度和硬度的影响,并且加工精度高,因此,利用电火花加工GH4169是非常合适的。本文在相关理论的基础上,从单因素试验、正交试验、多目标参数优化、工艺建模等方面,对GH4169的电火花加工参数进行了研究,对实际生产中的参数选择有一定的指导意义。通过单因素试验,研究了峰值电流、脉宽、脉间、间隙电压对材料去除率和表面粗糙度的影响规律。利用洛氏硬度计对GH4169的加工面硬度进行了测量,利用扫描电镜对GH4169加工面的裂纹进行观察,并做了相应分析。通过正交试验,进一步探究了峰值电流、脉宽、脉间、间隙电压对材料去除率和表面粗糙度影响的主次顺序。在正交试验的基础上,结合灰关联度分析法,对电火花加工GH4169进行了多目标参数优化,得到了最优的参数组合:峰值电流为3A,脉宽为60μs,脉间为40μs,间隙电压为27档,并进行了试验验证。将验证结果与正交表中的最优组合相比较,发现虽然粗糙度值略有增大,但是材料去除率提升了约2.9倍。在正交试验的基础上,又做了35组试验,与正交试验的16组数据一起组成样本数据,任意选取其中的6组数据构成测试样本,剩余的45组数据构成训练样本。通过合理选取相关函数和参数,以峰值电流、脉宽、脉间、间隙电压为网络的输入,以表面粗糙度和材料去除率为网络的输出,建立了基于BP神经网络的电火花加工GH4169预测模型,并对该预测模型进行了试验验证。结果表明,虽然该模型在实际参数预测时存在一定的误差,但是这些误差都在合理的范围内,因此,该预测模型依然是有效的。利用遗传算法对已建预测模型的初始权值和阈值进行了优化,并进行了试验验证,最后将优化前后的预测模型进行了对比。结果表明,不论对于表面粗糙度,还是对于材料去除率,优化后模型的预测误差比优化前的预测误差普遍小很多。通过方差分析表明,优化后的模型不仅预测精度较高,而且稳定性也较好。
【图文】：

电火花加工,脉冲电源,工件,原理图

的脉冲性放电产生的电腐蚀现象将材料蚀除的特种加工方法。由于在加工过程中，主要利用电能和热能去除材料[16]，因此又称作电蚀加工或放电加工。该方法是由前苏联学者拉扎连柯夫妇于 1943 年在研究电腐蚀现象的过程中发现[17]，并逐步运用到实际生产中的。如图 1.1 所示为电火花加工原理图。电火花加工的整个过程可以描述为：先将工具电极 4 和工件 1 分别连接脉冲电源 2 的正负两极，再将两电极浸没于绝缘介质 5 中。在脉冲电源 2 的作用下，工件 1 和工具电极 4 之间会形成电场。在自动进给调节装置 3 的带动下，工具电极 4 逐步向工件 1 靠近，同时两极间的电场强度逐渐增大，当两极间距小到一定程度时，绝缘介质将被击穿形成放电通道，这时两极放电点处的金属材料在瞬时高温的作用下熔化，甚至汽化，从而形成放电凹坑[18]，这样就完成了单脉冲放电。随着自动进给调节装置 3 带动工具电极 4 不断靠近工件 1，经过一定频率的连续放电，工具电极 4 的形状就反向复制到工件 1上，从而加工出符合要求的工件。图 1.2 为电火花加工表面示意图。

工具电极,电火花加工,绝缘介质,进给装置

的脉冲性放电产生的电腐蚀现象将材料蚀除的特种加工方法。由于在加工过程中，主要利用电能和热能去除材料[16]，因此又称作电蚀加工或放电加工。该方法是由前苏联学者拉扎连柯夫妇于 1943 年在研究电腐蚀现象的过程中发现[17]，并逐步运用到实际生产中的。如图 1.1 所示为电火花加工原理图。电火花加工的整个过程可以描述为：先将工具电极 4 和工件 1 分别连接脉冲电源 2 的正负两极，再将两电极浸没于绝缘介质 5 中。在脉冲电源 2 的作用下，工件 1 和工具电极 4 之间会形成电场。在自动进给调节装置 3 的带动下，工具电极 4 逐步向工件 1 靠近，同时两极间的电场强度逐渐增大，当两极间距小到一定程度时，绝缘介质将被击穿形成放电通道，这时两极放电点处的金属材料在瞬时高温的作用下熔化，甚至汽化，从而形成放电凹坑[18]，这样就完成了单脉冲放电。随着自动进给调节装置 3 带动工具电极 4 不断靠近工件 1，经过一定频率的连续放电，工具电极 4 的形状就反向复制到工件 1上，，从而加工出符合要求的工件。图 1.2 为电火花加工表面示意图。
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V263;TG661;TK266

【参考文献】