超声二维平动电极微细电火花加工特性及其相关技术研究

发布时间：2022-12-10 22:57

　　微细电火花加工通过极间放电产生的瞬时高温进行材料蚀除。加工过程中,由于电极与工件之间宏观作用力微弱,因此电极的微细程度可以大幅提升。同时由于不受材料硬度、强度和脆性等物理属性的限制,其对合金材料、复合材料和半导体材料等众多难加工材料仍表现出良好的加工性能。凭借这些技术优势,微细电火花加工技术在军用和民用制造领域发挥着重要的作用。然而,微细电火花加工中存在加工效率低、电极损耗大以及加工质量难以控制等问题,而这些问题与目前所采用的旋转电极加工方式有着一定的关系。通过查阅大量文献,本文提出一种超声平动电极微细电火花加工新方法,并进行了超声平动电极驱动装置的研制。在此基础上,通过仿真和试验相结合的方法,对超声平动电极微细电火花加工特性进行了深入的研究。本文研究工作对于提高微细电火花加工性能和拓展其应用领域具有重要的理论和实际意义。首先,本文基于压电陶瓷逆压电效应设计了双夹心换能器式超声平动电极驱动装置。针对工作模态频率一致性和抗干扰性两方面的设计要求,采用中心复合设计和响应面法建立了设计指标与关键尺寸变量之间的数学模型,并通过遗传算法实现了驱动装置结构尺寸的优化。采用有限元仿真方法对驱动装置进... 

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题来源、背景及研究目的意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题研究背景
        1.1.3 课题研究目的意义
    1.2 微细电火花加工特性国内外研究现状
        1.2.1 提高材料蚀除效率方面
        1.2.2 减小电极损耗方面
        1.2.3 改善表面质量与加工精度方面
    1.3 超声二维平动装置国内外研究现状
    1.4 国内外研究现状综述
    1.5 课题主要研究内容
第2章 超声平动电极驱动装置研制与试验平台搭建
    2.1 引言
    2.2 超声平动电极驱动装置设计
        2.2.1 驱动装置结构方案及工作原理
        2.2.2 驱动装置电压激励方式及运动分析
        2.2.3 驱动装置材料的选择
    2.3 驱动装置尺寸优化
        2.3.1 优化原则及参数灵敏度分析
        2.3.2 基于响应面法的数学模型建立
        2.3.3 基于遗传算法的驱动装置尺寸优化
    2.4 驱动装置动力特性仿真分析
        2.4.1 驱动装置模态分析
        2.4.2 驱动装置谐响应分析
        2.4.3 驱动装置瞬态分析
    2.5 驱动装置测试与试验平台搭建
        2.5.1 驱动装置阻抗特性测试
        2.5.2 驱动装置振幅输出特性测试
        2.5.3 超声平动电极微细电火花加工试验平台搭建
    2.6 本章小结
第3章 超声平动电极加工间隙放电稳定性研究
    3.1 引言
    3.2 微孔加工间隙流场与放电屑运动仿真研究
        3.2.1 三维几何模型建立与网格划分
        3.2.2 控制方程
        3.2.3 边界条件设置
        3.2.4 间隙流场仿真结果分析
        3.2.5 放电屑运动仿真结果分析
    3.3 基于有限-连续脉冲试验的极间放电稳定性研究
        3.3.1 有限-连续脉冲放电试验装置
        3.3.2 有限-连续脉冲放电稳定性表征
        3.3.3 极间放电稳定性影响因素研究
        3.3.4 电极超声平动对极间放电稳定性的影响
    3.4 流场仿真与放电稳定性实验验证
        3.4.1 大深径比微孔加工实验
        3.4.2 微型腔铣削加工实验
    3.5 本章小结
第4章 基于温度场仿真的超声平动电极损耗特性研究
    4.1 引言
    4.2 电极表面单脉冲放电温度场仿真模型建立
        4.2.1 移动高斯热源模型
        4.2.2 三维仿真模型建立及基本假设
        4.2.3 控制方程及边界条件设置
    4.3 电极表面放电点温度场仿真结果分析
        4.3.1 电极表面最高温度
        4.3.2 熔融区和热影响区深度
        4.3.3 加工参数对温度场分布的影响
    4.4 阴极表面放电凹坑滑动分析
    4.5 电极损耗特性工艺试验研究
        4.5.1 CCD原位测量系统
        4.5.2 阵列微孔加工电极损耗规律
        4.5.3 分层铣削加工电极损耗率
    4.6 本章小结
第5章 电极超声平动对表面质量和加工尺寸一致性影响研究
    5.1 引言
    5.2 电极超声平动对加工表面质量影响研究
        5.2.1 对表面粗糙度的影响
        5.2.2 对表面残余应力的影响
    5.3 电极超声平动对蚀除深度误差影响研究
        5.3.1 微槽铣削蚀除深度影响因素分析
        5.3.2 试验方法和条件
        5.3.3 蚀除深度系数数学模型建立
    5.4 电极超声平动对阵列微结构尺寸一致性影响研究
        5.4.1 阵列微孔加工试验研究
        5.4.2 微表面织构加工试验研究
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]在微细电火花铣削中介质对电极损耗的影响(英文)[J]. 曾昭奇,王玉魁,王振龙,单德彬.  纳米技术与精密工程. 2012(01)
[2]削边电极深小孔微细电火花间隙流场仿真研究[J]. 张雷,王玉魁,耿雪松,王振龙.  电加工与模具. 2011(03)
[3]单激励超声椭圆振动车削薄壁筒实验研究[J]. 李勋,张德远.  航空学报. 2006(04)
[4]点空间分析——分维与均匀度[J]. 罗传文.  科技导报. 2004(10)
[5]微米和中间尺度机械制造[J]. 孙雅洲,梁迎春,程凯.  机械工程学报. 2004(05)
[6]电火花加工表面层残余应力的理论和实验研究[J]. 田洪宇,陆纪培.  电加工. 1993(01)

博士论文
[1]基于热-流耦合分析的电火花加工材料蚀除及表面质量研究[D]. 唐佳静.哈尔滨工业大学 2018
[2]钛合金超精切削金刚石刀具磨损及其超声振动抑制的研究[D]. 胡林华.哈尔滨工业大学 2015
[3]微细电火花加工微喷阵列孔孔径一致性及相关装置的研究[D]. 朱国征.哈尔滨工业大学 2014
[4]压电自适应微细电火花加工技术及机理研究[D]. 付秀琢.山东大学 2012



本文编号：3717672