大气和水雾介质中往复走丝线切割加工机理及实验研究

发布时间：2020-11-05 23:04

　　 大气和水雾介质中线切割加工是以大气和水雾作为加工介质,取代了传统的液体介质,符合绿色制造的潮流,具有广阔的应用前景。由于大气和水雾中线切割加工提高了表面质量和加工效率,因而受到了广泛关注,为线切割加工工艺开辟了新的途径。但大气和水雾介质在物理、化学性能等方面与传统的液体介质存在着较大的差异,其放电加工性能不同于液中加工,因而有必要对大气和水雾介质中线切割加工的放电机理、极间放电特性、材料蚀除机理和加工工艺特性进行系统的研究。本文对大气和水雾介质中线切割加工机理和极间放电特性进行了深入分析。大气放电是由汤逊击穿开始,逐步发展到流注击穿的过程;水雾介质由于雾滴的存在,极间电场发生畸变,致使击穿电压比大气中低,放电间隙增大;根据不同放电状态对应不同的电压和电流特点,提出粒子群优化支持向量机的放电状态检测技术来实时辨别各类放电状态,基于LABVIEW平台设计并搭建了放电状态检测系统,并在往复走丝线切割机床上利用该系统实现了不同介质中放电状态的在线检测,这为进一步研究大气和水雾加工机理提供了一种新的手段。对大气中线切割单脉冲放电进行了仿真分析和材料蚀除量建模研究。建立了大气中线切割单脉冲放电的温度场模型,应用有限元软件对温度场进行了仿真分析,得到了定脉宽不同峰值电流和定峰值电流不同脉宽下的电蚀坑大小和深度的变化规律;基于温度场分析进行了熔融场分析,得到了单脉冲放电形成的电蚀坑形貌;对线切割连续脉冲放电时,加工表面形成的电蚀坑的叠加情况进行了深入的分析,得到了几种电蚀坑均匀分布下的最大表面粗糙度和材料蚀除量的计算方法,为大气中线切割连续放电加工材料蚀除机理的研究提供了一定的理论基础。提出了多介质组合的多次切割新工艺,即初次切割阶段采用乳化液介质,过渡切割阶段采用水雾介质(蒸汽水雾或超声水雾),最终切割阶段采用大气的多次切割新工艺;与均采用液体介质的多次切割工艺相比,该新工艺方法不仅改善了加工表面质量,还提高了切割速度和材料蚀除率,为提高线切割加工质量提供了一条新途径。研究了大气和水雾介质中往复走丝线切割精加工特性。对比分析了不同加工介质中线切割精加工的表面粗糙度、切割速度、材料蚀除率、直线度和加工表面的微观形貌等指标;并采用单因素实验研究了脉冲宽度、峰值电流和水雾量等加工参数对水雾介质中表面粗糙度等工艺指标的影响规律,分析相关的影响机理;基于多因素实验建立了水雾介质中各工艺指标的回归模型,得到了各因素对工艺指标的影响显著性;并采用加权综合评价法建立了综合模型;为找到对线切割各工艺指标都合适的参数,采用多响应曲面优化法得到了优化组合方案,提高了线切割整体的加工性能。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG48
【部分图文】：

而中走丝线切割机床(MS-WEDM)属于往复走丝线切割机床范畴。往复走丝线切割机床是我国独创的机种，性价比较高，目前全国约有二十多万台，是我国数控机床中广泛应用的机种之一。往复走丝线切割加工示意图如图1-1所示，其电极丝作往复运动，走丝速度一般为 6-12m/s，由于高速走丝，极间蚀除产物容易排出，适合于大厚度工件加工和高速切割，是我国电加工行业的主要发展机型之一。图1-1 往复走丝线切割加工示意图Fig.1-1 Schematic of high speed-wire cut electrical discharge machining传统的电火花线切割加工大多采用单次切割，加工后的表面质量和加工精度很难满足精密制造的要求，而多次切割可以提高线切割的表面质量和加工精度。由于单向走丝和中走丝线切割机床制造精度较高，丝速可调，采用多次切割后获得的加工质量和精度较高。经近些年的探索，发现在往复走丝电火花线切割机床上进行?

第 1 章 绪论- 3 -图1-2 气中电火花加工原理[14]Fig.1-2 Processing principle of electrical discharge machining in gas[14]印度学者进行了大气和油介质中的微细电火花对比实验研究[19]，实验结果表明，与油介质中加工相比，气中加工在单次放电和连续放电时形成的电蚀坑深度都比较小。这是由于大气的介电强度和介电常数比油介质的小，对放电通道的压缩能力较弱，通道内部的能量低于油介质，致使形成的电蚀坑深度较浅；另外，气中加工工具电极和工件之间的静电力小也是原因之一。西安工业大学分析了气体介质中放电修整金刚石砂轮的基本原理[20]，研究了气中加工工艺参数对砂轮表面形貌的影响，发现普通空气中电火花修整金刚石砂轮可行。哈尔滨工业大学进行了气中与油中微细电火花加工的对比实验研究[21]。实验结果表明，油中微细电火花加工的速度较慢，气中加工较快；气中的电极相对损耗率较小，油中的大。山东大学研究了超声振动对气中电火花铣削的影响规律[22,23]

提出了雾中五轴电火花加工的间隙控制方法，研究结果表明，该方法使材料蚀除率提高了30%。图1-3 雾中电火花铣削加工装置[38]Fig.1-3 Processing equipment of EDM milling in mist[38]哈尔滨工业大学实验研究了超声喷雾电火花加工[41]，实验结果表明，超声喷雾加工相比于冲液加工，电极损耗率明显减小，相比于空气中加工，喷雾式电火花超声铣削加工材料去除率大。南京航空航天大学以氧气和自来水雾化后的气雾为介质，进行了与纯氧中的放电烧蚀加工及内冲液电火花加工的对比实验研究[42]。实验结果表明，相比于纯氧气和内冲液中加工，雾介质中加工的材料去除率明显提高。天津职业技术师范大学利用电火花成型机床进行了雾气中修整青铜结合剂金刚石砂轮的实验[43]。研究表明，雾状介质中修整金刚石砂轮可行，修整效果良好。上海交通大学分别在自来水和纯水产生的雾介质中进行电火花加工实验[44]。研究发现以超声雾化方式获得的微细雾介质，可有效降低短路率；同时还进行了侧向喷雾加工实验
【参考文献】

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本文编号：2872315