基于微能脉冲放电的单道扫描速度建模及其优化研究
本文选题：扫描速度 + 加工效率 ； 参考：《中国工程物理研究院》2016年硕士论文
【摘要】：电火花加工技术具备无宏观切削力、非接触等优点,可用于众多导电材料的加工。随着微细电极制备技术的发展,微细电火花扫描加工技术在加工薄壁、低刚度以及复杂形状的微三维结构中占据了非常重要的地位,在微细加工中不可或缺。但是微细电火花扫描加工的加工效率不高制约了其发展,针对这一现状,本文着重分析了影响加工效率的一个重要因素—扫描速度,提出了一种方法,通过对微能单脉冲放电的研究,建立了速度匹配模型并对其进行了优化,由此能够根据放电的电参数以及其他的非电参数,确定一个最优的扫描速度,使扫描速度与蚀除速度能够匹配,减少短路以及空载脉冲,提高加工的稳定性,从而提高加工效率,围绕这一问题,本文主要开展了以下几方面的研究：(1)微细电火花放电的机理以及加工特性分析。本文从微细电火花加工的基本单元—微能单脉冲放电出发,分析了微能单脉冲放电的基本过程,从微能单脉冲场的产生、建立,绝缘介质的击穿,放电通道的形成及能量的传递、分配,电蚀产物的抛出以及放电结束后的消电离对放电过程进行了详细的分析；本文还探讨了微细电火花加工过程中不同放电状态时的极间电压、电流特性以及极性效应,加深了对放电加工中放电状态的认识,获得了在窄脉宽时,应采取正极性加工这一结论。(2)微能单脉冲放电仿真和实验研究。从仿真和实验中获得了极性、材料晶粒度、脉宽对微能单脉冲放电蚀除特征的影响规律。脉宽增加,正、负两极电蚀坑直径、深度和蚀除体积增大,径深比减小,但相同脉宽时,正极电蚀坑直径、深度和蚀除体积更大,径深比更小；材料晶粒直径越小,材料越容易被去除,但对于一般晶粒大小的材料,晶粒的直径大小对材料蚀除的影响不大。(3)扫描速度匹配模型的建立及优化。在微能单脉冲放电的基础上,建立了微细电火花单道扫描速度模型,并进行了实验验证,实验结果表明所建立模型是合理的,同时通过神经网络模型对最优扫描速度进行了预测,并对预测值进行了验证,实验值与预测值的最大相对误差不超过10%。以上的研究能够为微细电火花单道扫描加工中扫描速度的选取提供一种方法,能够在电参数和其他非电参数一定时,确定最优的扫描速度,提高加工的稳定性,从而提高微细电火花扫描加工的加工效率。
[Abstract]:EDM has the advantages of no macro cutting force, non-contact, and can be used in many conductive materials. With the development of micro-electrode fabrication technology, micro-EDM technology plays a very important role in machining thin-walled, low-stiffness and complex shape micro-three-dimensional structure, which is indispensable in micro-machining. However, the low machining efficiency of micro EDM restricts its development. In view of this situation, this paper focuses on the analysis of scanning speed, an important factor affecting machining efficiency, and puts forward a method. A velocity matching model is established and optimized through the study of micro-energy monopulse discharge. Thus, an optimal scanning speed can be determined according to the electrical parameters of the discharge and other non-electric parameters. So that scanning speed and etching speed can match, reduce short circuit and no-load pulse, improve the stability of processing, thus improve processing efficiency, around this problem, In this paper, the mechanism and machining characteristics of micro spark discharge are studied in the following aspects. Starting from the basic unit of micro-EDM, micro-energy monopulse discharge, the basic process of micro-energy monopulse discharge is analyzed in this paper. The generation and establishment of micro-energy monopulse field and the breakdown of insulating dielectric are discussed. The discharge process is analyzed in detail by the formation of discharge channels and the transfer and distribution of energy, the ejection of electroetching products and the deionization after the discharge. In this paper, the characteristics of voltage, current and polarity in different discharge states in the process of micro EDM are also discussed. The understanding of discharge state in discharge machining is deepened, and when the pulse width is narrow, the results are obtained. The conclusion of positive polarity machining should be taken. 2) Simulation and experimental study of micro-energy monopulse discharge. The effects of polarity, grain size and pulse width on the erosion characteristics of micro-energy monopulse discharge were obtained by simulation and experiments. The diameter, depth and volume of the etched pits increase and the ratio of diameter to depth decreases, but at the same pulse width, the diameter, depth and volume of the positive electrode etch pits are larger, the ratio of diameter to depth is smaller, and the diameter of the material grain is smaller. The easier the material is to be removed, but for the material of general grain size, the size of grain diameter has little effect on the material erosion. (3) the establishment and optimization of scanning velocity matching model. On the basis of micro-energy monopulse discharge, the single-channel scanning velocity model of micro-EDM is established, and the experimental results show that the model is reasonable. At the same time, the optimal scanning speed is predicted by the neural network model, and the predicted value is verified. The maximum relative error between the experimental value and the predicted value is less than 10%. The above research can provide a method for selecting scanning speed in micro-EDM, which can determine the optimal scanning speed and improve the stability of machining when the electrical parameters and other non-electrical parameters are fixed. In order to improve the machining efficiency of micro EDM.
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG661
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，本文编号：2007653
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