电火花加工微小孔的电化学机械复合光整加工技术研究

发布时间：2017-10-28 01:29

  本文关键词：电火花加工微小孔的电化学机械复合光整加工技术研究

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【摘要】：机电系统与结构的微型化已经成为机械行业发展的一个主流趋势。微小孔零件作为微机电系统中最基本的零件之一,广泛应用在航天发动机、人造血管支架、燃油喷嘴等方面。由于微小孔零件尺寸小、所能承受的载荷低,其表面质量的好坏往往决定了微小孔零件的性能,所以对其表面质量展开研究具有重要的意义。微细电火花加工是目前微小孔加工中较常使用的方法之一,但其所加工出来的微小孔存在重铸层、裂纹、毛刺等表面缺陷且表面粗糙度、锥度较大。针对这一问题,本文提出利用电化学机械复合光整加工的方法对电火花加工出的微小孔进行光整,以实现在较高效率的基础上极大的提高零件的表面质量。本文在分析了微小孔组合加工所需工艺条件的基础上,搭建了集成块电极电火花磨削、电火花加工和电化学机械复合光整加工于一体的组合加工平台。并在该加工平台上进行了电火花与电化学机械复合光整组合加工技术的基础实验研究。包括制备出Φ120μm的微细电极;选择出合适的电压、电流、电容、脉宽等电火花加工组合参数;对比了电火花与组合加工后微小孔的表面质量以及选择出了电化学机械复合光整加工微小孔合适的加工时间为90s左右等。对电化学机械复合光整加工微小孔的间隙流场进行了仿真,分析了在不同电极进给速度以及颗粒质量浓度的条件下间隙流场的速度分布、颗粒的浓度分布以及运动轨迹等。在此基础上研究了加工电压、脉宽、电极进给速度以及颗粒质量浓度对电化学机械复合光整加工微小孔表面质量与加工效率的影响并对仿真结果加以验证。得到了电化学机械复合光整加工微小孔合理的加工参数范围:加工电压10-20V、脉宽0.5-1.5μs、电极进给速度0.4-1.2mm/s、颗粒质量浓度3-9wt%。基于以上的工作基础,采用中心组合实验方法对工艺实验进行规划。利用响应曲面法建立了加工电压、脉宽、电极进给速度、颗粒质量浓度与微小孔表面粗糙度间的数学模型。基于该模型采用粒子群优化算法对加工参数进行了优化,得到了最佳工艺参数组合与最低表面粗糙度的理论值。通过实验对优化结果进行验证,其误差不超过10%,成功加工出了孔径为200μm,深径比为1:3,表面粗糙度为36nm的微小孔。
【关键词】：微小孔 电火花加工 电化学机械复合光整加工 间隙流场仿真 表面粗糙度
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG661
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题的来源9
• 1.2 课题研究的背景与意义9-10
• 1.3 微小孔EDM加工的国内外研究现状10-13
• 1.3.1 微小孔EDM加工的国外研究现状10-11
• 1.3.2 微小孔EDM加工的国内研究现状11-13
• 1.4 ECMP加工的国内外研究现状13-18
• 1.4.1 ECMP加工的国外研究现状13-16
• 1.4.2 ECMP加工的国内研究现状16-18
• 1.5 国内外研究现状简析18
• 1.6 课题主要研究内容18-20
• 第2章 ECMP加工系统的实现与基础实验研究20-38
• 2.1 引言20
• 2.2 ECMP加工理论基础研究20-25
• 2.2.1 ECMP加工微小孔的机理研究20-23
• 2.2.2 ECMP加工对表面质量的影响分析23-25
• 2.3 组合加工平台的搭建25-27
• 2.4 复合电解液的选取与制备27-29
• 2.4.1 电解液基体的选择与依据27
• 2.4.2 抛光微粉颗粒的选择与依据27-28
• 2.4.3 添加剂的选择及复合悬浮电解液的制备28-29
• 2.5 组合加工基础实验研究29-37
• 2.5.1 实验方案与组合加工工艺29-30
• 2.5.2 实验用微细电极的制备30-32
• 2.5.3 EDM加工参数的选择实验32-33
• 2.5.4 EDM与组合加工的对比实验33-35
• 2.5.5 ECMP加工时间的选择实验35-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第3章 ECMP加工微小孔间隙流场的仿真与实验研究38-59
• 3.1 引言38
• 3.2 ECMP加工微小孔间隙流场的仿真38-48
• 3.2.1 ECMP加工间隙流场理论模型的选择及几何模型的建立39-41
• 3.2.2 边界条件与仿真参数的设定41-42
• 3.2.3 ECMP加工间隙流场仿真结果分析说明42-48
• 3.3 ECMP主要工艺要素对加工结果影响的实验研究与仿真验证48-57
• 3.3.1 实验方案与检测方法48
• 3.3.2 加工电压对加工结果的影响分析48-52
• 3.3.3 脉宽对加工结果的影响分析52-53
• 3.3.4 电极进给速度对加工结果的影响分析与仿真验证53-55
• 3.3.5 抛光微粉颗粒浓度对加工结果的影响分析与仿真验证55-57
• 3.4 本章小结57-59
• 第4章 微小孔表面粗糙度数学模型的建立与参数优化59-72
• 4.1 引言59
• 4.2 ECMP加工微小孔内表面粗糙度数学模型的建立59-65
• 4.2.1 中心组合实验59-61
• 4.2.2 数学模型的建立与分析61-64
• 4.2.3 响应曲面的分析与讨论64-65
• 4.3 ECMP加工微小孔工艺参数的优化65-71
• 4.3.1 参数优化目标函数的建立65-66
• 4.3.2 粒子群优化算法求解目标函数66-69
• 4.3.3 验证试验69-71
• 4.4 本章小结71-72
• 结论72-73
• 参考文献73-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：1106090