氮化硅陶瓷的电火花精加工研究

发布时间：2017-10-28 02:09

  本文关键词：氮化硅陶瓷的电火花精加工研究

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【摘要】：氮化硅绝缘陶瓷因其具有耐高温、强度高等优异性能而具有广阔的应用前景,在其被烧结成型后需要进一步对其加工以提高其精度,才能被投入到高科技产业中去,然而由于其硬度高、脆性大,传统机械加工方法较难对其进行加工,影响了其在工业领域中的应用,因此急需寻找一种加工方法来解决其难加工的问题。电火花加工由于不受材料的综合机械性能(如硬度和脆性)的影响,适合用于氮化硅绝缘陶瓷的加工。本文以提高氮化硅陶瓷的加工精度为主要目的,利用浸液式电火花成型机床,对氮化硅陶瓷电火花加工的放电状态,氮化硅陶瓷电火花加工的去除方式,导电膜的形成,氮化硅陶瓷电火花加工的工艺规律,加工参数的优化进行了研究。介绍并分析了基于辅助电极法的绝缘陶瓷电火花加工的原理,通过大量对比紫铜材料和氮化硅绝缘陶瓷电火花加工的放电波形,发现在紫铜材料的电火花加工时,其火花放电的维持电压基本保持不变,测得其值为17V。而氮化硅绝缘陶瓷的电火花加工放电波形较为复杂,其火花放电状态的维持电压较高且其值变化范围较大,将氮化硅绝缘陶瓷电火花加工的放电状态分为7种,包括空载、高阻火花放电、低阻火花放电、高阻短路、低阻短路等5种基本放电状态,以及由高阻火花放电变为低阻火花放电和由高阻短路变为低阻短路等2种组合放电波形。利用扫描电子显微镜对氮化硅陶瓷电火花加工表面形貌进行观察并利用能谱仪检测其表面成分,经分析发现,导电膜中有碳化硅生成。研究了氮化硅绝缘陶瓷电火花加工的去除方式,主要是熔化、气化及热应力去除。分析了氮化硅陶瓷材料的电火花加工单脉冲放电的热源模型、热边界条件和放电通道半径等,使用有限元软件ANSYS对氮化硅绝缘陶瓷的电火花加工单脉冲放电温度场模拟,研究了脉宽和峰值电流对温度分布和凹坑尺寸的影响。进行了氮化硅陶瓷电火花加工单因素试验,并展开了峰值电流、脉宽、脉间、伺服参考电压、抬刀速度、抬刀高度和电极加工时间对侧面间隙、材料去除率、电极损耗率、表面粗糙度的影响规律的研究。设计了正交试验,采用信噪比和灰关联分析方法对工艺参数进行了优化分析,获得了保证较高的加工精度、较高的加工效率、较低的表面粗糙度和较小的电极损耗率的工艺参数组合,实现了电火花加工工艺参数的优化,并利用试验验证了优化结果,经优化后侧面间隙值可以达到10.143μm。
【关键词】：氮化硅陶瓷 电火花 加工精度 参数优化 去除方式 温度场分布
【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9-19
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 陶瓷材料的电火花加工技术研究现状10-18
• 1.2.1 导电性陶瓷材料的电火花加工技术研究现状10-13
• 1.2.2 绝缘陶瓷材料的电火花加工技术研究现状13-18
• 1.3 主要研究内容18-19
• 第2章 氮化硅陶瓷电火花加工原理和去除方式研究19-31
• 2.1 绝缘陶瓷辅助电极法电火花加工原理19-21
• 2.2 脉冲放电波形的特点与分析21-24
• 2.2.1 加工紫铜辅助电极时电压和电流波形21
• 2.2.2 加工氮化硅陶瓷时电压和电流波形21-24
• 2.3 氮化硅陶瓷电火花加工表面成分分析及去除方式分析24-30
• 2.3.1 氮化硅陶瓷原始表面成分24-25
• 2.3.2 氮化硅陶瓷电火花加工表面成分及去除方式分析25-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 氮化硅陶瓷材料单脉冲放电温度场仿真研究31-44
• 3.1 单脉冲放电温度场仿真模型的建立31-35
• 3.1.1 仿真中的假设条件31-32
• 3.1.2 单脉冲放电时的热源分析32-34
• 3.1.3 放电等离子体通道半径的计算34-35
• 3.1.4 极间放电能量分配35
• 3.2 氮化硅陶瓷电火花加工温度场仿真分析35-38
• 3.2.1 几何模型的建立35-37
• 3.2.2 材料的物性参数37
• 3.2.3 热传导边界条件37-38
• 3.3 仿真结果分析与讨论38-43
• 3.3.1 峰值电流对材料蚀除的影响38-40
• 3.3.2 脉宽对材料蚀除的影响40-42
• 3.3.3 峰值电流和脉宽综合作用对材料蚀除的影响42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 氮化硅陶瓷电火花加工试验研究及参数优化44-68
• 4.1 试验装置及条件44-45
• 4.2 氮化硅陶瓷电火花加工工艺试验研究45-56
• 4.2.1 峰值电流对氮化硅陶瓷电火花加工的影响45-47
• 4.2.2 脉宽氮化硅陶瓷电火花加工的影响47-48
• 4.2.3 脉间对氮化硅陶瓷电火花加工的影响48-50
• 4.2.4 伺服参考电压对氮化硅陶瓷电火花加工的影响50-52
• 4.2.5 抬刀速度对氮化硅陶瓷电火花加工的影响52-53
• 4.2.6 抬刀高度对氮化硅陶瓷电火花加工的影响53-54
• 4.2.7 电极加工时间对氮化硅陶瓷电火花加工的影响54-56
• 4.3 氮化硅绝缘陶瓷的电火花正交试验研究及参数优化56-66
• 4.3.1 正交试验的设计56-58
• 4.3.2 基于信噪比的加工工艺单目标优化58-62
• 4.3.3 基于信噪比与灰关联度的加工工艺多目标优化62-66
• 4.4 本章小结66-68
• 结论68-69
• 参考文献69-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 郭永丰,黄荣和,李常伟,刘晋春;非导电材料的电化学电火花复合加工工艺研究[J];电加工;1998年06期

2 余建军;任治军;王辉;;先进焊接工装夹具及其在机械装备制造业中的应用[J];机床与液压;2011年12期

3 杨亮亮;谢志鹏;李双;宋明;;气压烧结氮化硅陶瓷的研究与应用进展[J];陶瓷学报;2014年05期

4 刘永红,刘晋春;非导电陶瓷材料电解电火花打孔工艺[J];制造技术与机床;1998年10期

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本文编号：1106182