超声和磁场辅助WEDM-LS复合加工放电通道分析与机理研究
发布时间：2022-12-04 02:28
慢走丝电火花线切割加工（简称WEDM-LS）因其无宏观切削力和加工精度高的优点,被广泛应用于高硬度、高熔点的导电材料加工过程中。但是普通WEDM-LS在加工TiNi形状记忆合金时,存在加工效率低、加工表面质量不高的问题。为此,本文将超声振动和磁场复合作用于WEDM-LS中,并结合理论分析和工艺试验研究了二者对WEDM-LS的影响作用。受限于液相放电的复杂性和随机性,目前对WEDM-LS的加工机理还没有建立统一的理论解释。因此,本文以放电通道为研究对象,尝试从等离子体流动与传热的角度分析WDEM-LS的加工机理。基于粒子轨道理论建立了磁场辅助作用下放电通道中电子的运动方程和其服从的电磁约束方程,并引入了蒙特卡洛碰撞模型对多电子的运动模型进行了修正。对放电通道中等离子体的参数研究表明附加磁场可以改变通道的空间形态,增加了通道的扭曲程度和长度,并推导了附加磁场对放电通道总电流的增加量;利用COMSOL软件分析了放电通道内电子束的运动过程,仿真结果表明相较于普通WEDM-LS,附加磁场作用下电子从阴极到达阳极的时间提高了15.38%,运动过程中的扩散现象减小了5%,并且放电结束时阳极表面的电子...
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 TiNi形状记忆合金及其加工方式介绍
1.2.1 TiNi形状记忆合金介绍
1.2.2 TiNi形状记忆合金加工方式
1.3 慢走丝电火花线切割加工介绍
1.3.1 WEDM-LS加工原理
1.3.2 WEDM-LS加工过程
1.4 WEDM-LS研究现状
1.4.1 超声辅助WEDM-LS研究
1.4.2 磁场辅助WEDM-LS研究
1.4.3 超声和磁场辅助WEDM-LS复合加工研究
1.4.4 WEDM-LS放电通道研究
1.5 本文主要研究内容及章节安排
1.6 本章小结
第二章 超声和磁场辅助WEDM-LS复合加工放电通道建模
2.1 超声和磁场辅助WEDM-LS复合加工原理
2.2 放电通道的形成和能量转换
2.2.1 放电通道的形成
2.2.2 放电通道的能量转换
2.3 放电通道的特性
2.3.1 放电通道的结构
2.3.2 放电通道的波动性
2.3.3 放电点位置的移动规律
2.4 WEDM-LS放电过程仿真分析
2.4.1 放电通道建模及参数设置
2.4.2 放电通道仿真结果及分析
2.5 本章小结
第三章 磁场辅助WEDM-LS放电通道特性分析
3.1 等离子体概述
3.1.1 等离子体的定义和分类
3.1.2 等离子体的研究现状
3.2 磁场作用下放电通道等离子体运动状态分析
3.2.1 等离子体中单个带电粒子在磁场中的运动分析
3.2.2 等离子体中多个带电粒子在磁场中的运动分析
3.2.3 放电通道中的碰撞类型
3.2.4 放电通道碰撞模型的建立
3.3 WEDM-LS复合加工放电通道参数研究
3.3.1 放电通道振荡特性
3.3.2 放电通道电流密度的确定
3.3.3 放电通道电导率的确定
3.4 放电通道等离子体仿真分析
3.4.1 电子束运动仿真
3.4.2 工件表面电子分布状态
3.5 本章小结
第四章 超声和磁场辅助WEDM-LS复合加工机理研究
4.1 超声和磁场对工件和电极丝的作用
4.1.1 磁场对工件的作用
4.1.2 超声和磁场对电极丝的作用
4.1.3 超声振动对电极丝的作用
4.2 超声和磁场对电蚀产物的作用
4.2.1 磁场下带电碎屑运动轨迹分析
4.2.2 超声振动对电蚀产物的作用
4.3 磁场对工作液的磁化现象研究
4.4 本章小结
第五章 磁场辅助WEDM-LS温度场分析及材料去除研究
5.1 磁场辅助WEDM-LS温度模型
5.1.1 单脉冲放电热源模型
5.1.2 磁场辅助WEDM-LS高斯热源模型
5.2 温度场分布仿真分析
5.2.1 温度场建模及参数设置
5.2.2 仿真结果分析
5.3 材料去除模型
5.3.1 材料去除准则
5.3.2 材料去除率
5.4 表面粗糙度模型
5.5 本章小结
第六章 超声和磁场辅助WEDM-LS复合加工工艺试验
6.1 超声和磁场复合WEDM-LS试验设备
6.1.1 试验机床
6.1.2 超声振动装置
6.1.3 匀强磁场装置
6.1.4 在线检测系统
6.2 复合加工试验方案设计
6.2.1 试验材料
6.2.2 试验设计
6.2.3 试验参数检测
6.3 试验结果及分析
6.3.1 磁场对放电电压和电流的影响
6.3.2 电极丝振幅分析
6.3.3 材料去除率分析
6.3.4 表面粗糙度分析
6.3.5 表面三维形貌分析
6.3.6 表面微观结构分析
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛镍形状记忆合金加热过程中的晶粒长大行为[J]. 于孟,贾兵然,薛飒,牛中杰. 热加工工艺. 2017(22)
[2]大气压低温等离子体的研究现状与发展趋势[J]. 戴栋,宁文军,邵涛. 电工技术学报. 2017(20)
[3]微细电火花加工放电状态特性及其识别方法[J]. 刘晓萌,白基成. 航空制造技术. 2017(14)
[4]磁场辅助慢走丝线切割加工参数对切缝宽度的影响[J]. 张艳明,黄浩,张国军,黄禹. 制造技术与机床. 2017(03)
[5]大气压放电等离子体研究进展综述[J]. 李和平,于达仁,孙文廷,刘定新,李杰,韩先伟,李增耀,孙冰,吴云. 高电压技术. 2016(12)
[6]工件超声振动电火花线切割复合加工试验研究[J]. 王璟,祝锡晶. 工具技术. 2016(09)
[7]电火花线切割加工中电极丝所受电磁力分析[J]. 上官同英,张臻,陈志,明五一. 机械设计与制造. 2014(11)
[8]电火花线切割技术研究现状及发展趋势[J]. 贺斌. 模具制造. 2014(09)
[9]电火花单脉冲放电加工的电热模型与实验研究[J]. 陈日,郭钟宁,刘江文,罗红平. 制造业自动化. 2014(14)
[10]镍钛形状记忆合金管材的研究进展[J]. 陆鹏,赵亚楠,张艳秋,江树勇. 应用科技. 2013(03)
博士论文
[1]电火花线切割加工工件形位误差的形成机理研究及抑制方法[D]. 陈志.华中科技大学 2017
[2]等离子体中波传播的数值模拟研究[D]. 张洁.西北师范大学 2016
[3]微小孔及阵列孔微细电火花加工的若干基础问题研究[D]. 解宝成.哈尔滨工业大学 2013
[4]微细阵列电极阵列孔的组合电加工关键技术研究[D]. 曾伟梁.哈尔滨工业大学 2008
[5]微细电火花加工的基本规律及其仿真研究[D]. 崔景芝.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]蒙特卡洛模拟c-C4F8与CHF3混合气体的放电特性[D]. 马吉祥.上海交通大学 2012
[2]绝缘陶瓷材料电火花线切割加工研究[D]. 邬哲.华东交通大学 2012
[3]基于有限元法对电火花加工中温度场及应力场的仿真研究[D]. 谷萌.山东理工大学 2014
[4]电火花加工单脉冲放电工件温度建模与工艺参数优化[D]. 李贺.华中科技大学 2015
[5]近钻头数据无线电磁短传系统研究与设计[D]. 张宁.山东大学 2017
[6]超声电火花线切割复合加工的研究[D]. 张树彩.大连理工大学 2005
[7]垂直磁场辅助的电火花加工理论与仿真分析[D]. 王燕青.太原理工大学 2009
本文编号：3707435
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 TiNi形状记忆合金及其加工方式介绍
1.2.1 TiNi形状记忆合金介绍
1.2.2 TiNi形状记忆合金加工方式
1.3 慢走丝电火花线切割加工介绍
1.3.1 WEDM-LS加工原理
1.3.2 WEDM-LS加工过程
1.4 WEDM-LS研究现状
1.4.1 超声辅助WEDM-LS研究
1.4.2 磁场辅助WEDM-LS研究
1.4.3 超声和磁场辅助WEDM-LS复合加工研究
1.4.4 WEDM-LS放电通道研究
1.5 本文主要研究内容及章节安排
1.6 本章小结
第二章 超声和磁场辅助WEDM-LS复合加工放电通道建模
2.1 超声和磁场辅助WEDM-LS复合加工原理
2.2 放电通道的形成和能量转换
2.2.1 放电通道的形成
2.2.2 放电通道的能量转换
2.3 放电通道的特性
2.3.1 放电通道的结构
2.3.2 放电通道的波动性
2.3.3 放电点位置的移动规律
2.4 WEDM-LS放电过程仿真分析
2.4.1 放电通道建模及参数设置
2.4.2 放电通道仿真结果及分析
2.5 本章小结
第三章 磁场辅助WEDM-LS放电通道特性分析
3.1 等离子体概述
3.1.1 等离子体的定义和分类
3.1.2 等离子体的研究现状
3.2 磁场作用下放电通道等离子体运动状态分析
3.2.1 等离子体中单个带电粒子在磁场中的运动分析
3.2.2 等离子体中多个带电粒子在磁场中的运动分析
3.2.3 放电通道中的碰撞类型
3.2.4 放电通道碰撞模型的建立
3.3 WEDM-LS复合加工放电通道参数研究
3.3.1 放电通道振荡特性
3.3.2 放电通道电流密度的确定
3.3.3 放电通道电导率的确定
3.4 放电通道等离子体仿真分析
3.4.1 电子束运动仿真
3.4.2 工件表面电子分布状态
3.5 本章小结
第四章 超声和磁场辅助WEDM-LS复合加工机理研究
4.1 超声和磁场对工件和电极丝的作用
4.1.1 磁场对工件的作用
4.1.2 超声和磁场对电极丝的作用
4.1.3 超声振动对电极丝的作用
4.2 超声和磁场对电蚀产物的作用
4.2.1 磁场下带电碎屑运动轨迹分析
4.2.2 超声振动对电蚀产物的作用
4.3 磁场对工作液的磁化现象研究
4.4 本章小结
第五章 磁场辅助WEDM-LS温度场分析及材料去除研究
5.1 磁场辅助WEDM-LS温度模型
5.1.1 单脉冲放电热源模型
5.1.2 磁场辅助WEDM-LS高斯热源模型
5.2 温度场分布仿真分析
5.2.1 温度场建模及参数设置
5.2.2 仿真结果分析
5.3 材料去除模型
5.3.1 材料去除准则
5.3.2 材料去除率
5.4 表面粗糙度模型
5.5 本章小结
第六章 超声和磁场辅助WEDM-LS复合加工工艺试验
6.1 超声和磁场复合WEDM-LS试验设备
6.1.1 试验机床
6.1.2 超声振动装置
6.1.3 匀强磁场装置
6.1.4 在线检测系统
6.2 复合加工试验方案设计
6.2.1 试验材料
6.2.2 试验设计
6.2.3 试验参数检测
6.3 试验结果及分析
6.3.1 磁场对放电电压和电流的影响
6.3.2 电极丝振幅分析
6.3.3 材料去除率分析
6.3.4 表面粗糙度分析
6.3.5 表面三维形貌分析
6.3.6 表面微观结构分析
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛镍形状记忆合金加热过程中的晶粒长大行为[J]. 于孟,贾兵然,薛飒,牛中杰. 热加工工艺. 2017(22)
[2]大气压低温等离子体的研究现状与发展趋势[J]. 戴栋,宁文军,邵涛. 电工技术学报. 2017(20)
[3]微细电火花加工放电状态特性及其识别方法[J]. 刘晓萌,白基成. 航空制造技术. 2017(14)
[4]磁场辅助慢走丝线切割加工参数对切缝宽度的影响[J]. 张艳明,黄浩,张国军,黄禹. 制造技术与机床. 2017(03)
[5]大气压放电等离子体研究进展综述[J]. 李和平,于达仁,孙文廷,刘定新,李杰,韩先伟,李增耀,孙冰,吴云. 高电压技术. 2016(12)
[6]工件超声振动电火花线切割复合加工试验研究[J]. 王璟,祝锡晶. 工具技术. 2016(09)
[7]电火花线切割加工中电极丝所受电磁力分析[J]. 上官同英,张臻,陈志,明五一. 机械设计与制造. 2014(11)
[8]电火花线切割技术研究现状及发展趋势[J]. 贺斌. 模具制造. 2014(09)
[9]电火花单脉冲放电加工的电热模型与实验研究[J]. 陈日,郭钟宁,刘江文,罗红平. 制造业自动化. 2014(14)
[10]镍钛形状记忆合金管材的研究进展[J]. 陆鹏,赵亚楠,张艳秋,江树勇. 应用科技. 2013(03)
博士论文
[1]电火花线切割加工工件形位误差的形成机理研究及抑制方法[D]. 陈志.华中科技大学 2017
[2]等离子体中波传播的数值模拟研究[D]. 张洁.西北师范大学 2016
[3]微小孔及阵列孔微细电火花加工的若干基础问题研究[D]. 解宝成.哈尔滨工业大学 2013
[4]微细阵列电极阵列孔的组合电加工关键技术研究[D]. 曾伟梁.哈尔滨工业大学 2008
[5]微细电火花加工的基本规律及其仿真研究[D]. 崔景芝.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]蒙特卡洛模拟c-C4F8与CHF3混合气体的放电特性[D]. 马吉祥.上海交通大学 2012
[2]绝缘陶瓷材料电火花线切割加工研究[D]. 邬哲.华东交通大学 2012
[3]基于有限元法对电火花加工中温度场及应力场的仿真研究[D]. 谷萌.山东理工大学 2014
[4]电火花加工单脉冲放电工件温度建模与工艺参数优化[D]. 李贺.华中科技大学 2015
[5]近钻头数据无线电磁短传系统研究与设计[D]. 张宁.山东大学 2017
[6]超声电火花线切割复合加工的研究[D]. 张树彩.大连理工大学 2005
[7]垂直磁场辅助的电火花加工理论与仿真分析[D]. 王燕青.太原理工大学 2009
本文编号：3707435
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