超声复合混介质电火花加工TC4合金试验研究
发布时间：2021-06-06 08:05
电火花加工技术在高硬度、高弹性、高粘性、脆性导电材料加工中应用广泛。普通电火花加工中,加工速度增大会引起表面粗糙度增大、重铸层增厚、表面微裂纹增多等问题,还需后续处理,影响加工效率。介质中混粉在一定程度上能有效减少集中放电,在大电流加工时获得较好的表面质量,但提高混粉浓度时,介质流动性变差,容易沉积在加工表面影响正常放电。为了解决以上问题,本文在工具电极加载超声,利用超声高频振动加快极间介质循环,从而改善极间放电环境,提高混粉电火花加工效率、表面质量。首先,通过理论分析不同的放电形式、混合介质的击穿特性、添加粉末对放电过程的影响以及超声对电火花加工的影响。分析表明:介质中混入粉末、空气时更容易击穿,增大了放电间隙,减小了电极与工件之间的寄生电容;超声的扰动加快了极间介质循环,振动增大了介质有效击穿范围,有利于提高放电效率,超声空化提高了电蚀物抛出效率,保持极间良好的放电环境;并依据试验要求,利用ANSYS软件设计了工具电极超声振动装置。其次,以TC4合金为工件,设计了 7水平单因素与5水平5因素中心复合试验。通过单因素对比试验发现:混粉介质中大电流（16A～20A）、大脉宽（70μs～...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声振动工作液电火花加工[48]
中北大学位论文7图1-1超声振动工作液电火花加工[48]Figure1-1EDMofultrasonicvibrationworkingfluid[48]邹纯[49]在工件上加载竖直超声进行仿真与试验，研究竖直超声对放电间隙介质的作用机理，如图1-2所示。结论显示，在较小间隙中工作介质流速较大，工作液压力增大，有利于加工屑的排除。图1-2工件超声振动复合电火花加工[49]Figure1-2Workpieceultrasonicvibrationcompositeelectricdischargemachining[49]张尹哲[50]在超声电火花加工盲孔试验中发现，超声振动成倍提高了孔加工效率，加工深度较大时，仍能保持良好放电状态。宋夕超[51]在分析强化层时发现，附加超声的加工表层致密性更好，气孔少，硬度、耐磨性能均有显著提高，通过EDS分析Ti和C元素含量较高。1.6TC4钛合金加工研究现状（1）TC4合金传统加工
中北大学位论文12加工表面微裂纹比较多。连续放电容易对机床电子元件产生损坏，因此要避免拉弧发生。2.1.3电蚀除机理及影响因素放电瞬间，电极表面较大的电流密度产生大量热能，极间放电通道瞬间温度高达7000℃以上[59]，工件材料放电点受高温气化、熔化，极间介质随即受热膨胀气化并产生大量气泡，气泡破裂产生的爆炸力[60]将熔融金属瞬时抛出：wLreptt（2-1）式中p——放电爆炸力最大值；β——Cp/Cv的积分函数，Cp为定压比热，Cv为定容比热；——工作液密度（kg/m3）；tr——放电脉冲前延时间（s）；tf——放电脉冲宽度（s）；WL——单位放电柱上的能量（J）。放电过程中，由于是多物理场共同作用，熔融物的排除过程较为复杂。如图2-1所示，气泡在形成初期极间压力增大，随着气泡的膨胀，内部压力减小，作用在熔池表面的压力减小，因而熔池爆裂，部分熔融物被抛出。图2-1熔融物蚀除机理[61]Figure2-1Melterosionmechanism[61]如图2-2所示，放电过程中高速电子、正离子以及高温高压的金属蒸汽射流对工件材料也产生冲蚀作用，而低沸点的工具电极产生的金属射流较强[61]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微细电火花深沟槽螺旋电极钛合金微孔加工[J]. 许金凯,马光胜,于朋,崔广续. 长春理工大学学报(自然科学版). 2019(06)
[2]钛合金内螺纹的电火花加工工艺研究[J]. 何兴会,杨国英,孙衍甫,谷建民. 机床与液压. 2019(21)
[3]航空发动机钛材料磨削技术研究现状及展望[J]. 丁文锋,奚欣欣,占京华,徐九华,傅玉灿,苏宏华. 航空学报. 2019(06)
[4]钛合金插铣加工切削力试验及工艺参数优化[J]. 程耀楠,杨金龙,冯新敏,宋旭. 工具技术. 2018(02)
[5]趋肤效应和磁场对电加工特性影响研究[J]. 雍耀维,郭常宁,杨磊. 机械设计与制造. 2015(02)
[6]超声振动主轴关键部件设计与动力学分析[J]. 许金凯,杜少婷,王荔檬,王晶东,丁戗,张林帅. 长春理工大学学报(自然科学版). 2014(02)
[7]超声波加工硬脆材料机理的有限元分析[J]. 陈娟烈,轧刚,常延晓. 电加工与模具. 2011(04)
[8]超声振动辅助电火花微小孔加工中超声参数对加工效率的影响[J]. 胡建华,汪炜. 中国机械工程. 2010(06)
[9]旋转超声加工机理的有限元分析[J]. 曹文国,轧刚. 新技术新工艺. 2009(10)
[10]难加工材料的电火花加工脉冲电源研究[J]. 宋博岩,郭金全,胡富强,孙小珠. 电加工与模具. 2006(05)
博士论文
[1]电火花加工材料蚀除机理及表面变质层形成研究[D]. 岳晓明.哈尔滨工业大学 2018
[2]放电铣削高效加工技术研究[D]. 郭成波.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于气体介质的电火花铣削加工技术及机理研究[D]. 苏树朋.山东大学 2008
[4]混粉电火花加工机理及关键技术研究[D]. 王元刚.大连理工大学 2008
[5]混粉电火花加工机理及应用研究[D]. 吕战竹.大连理工大学 2005
硕士论文
[1]TC4钛合金超声混分电火花加工装置设计与试验研究[D]. 丁磊.中北大学 2019
[2]超声磁场复合辅助电火花盲孔加工研究[D]. 张尹哲.中北大学 2019
[3]钛合金小孔微细电火花加工关键技术研究[D]. 张利.厦门大学 2018
[4]气体介质电火花加工间隙特性及伺服控制系统研究[D]. 王运航.哈尔滨工业大学 2018
[5]微细电火花混粉加工微孔探索性研究[D]. 王启建.大连理工大学 2018
[6]工件竖直超声振动对电火花加工间隙流场的影响研究[D]. 邹纯.中北大学 2018
[7]超声振动工作液复合电火花加工基础工艺的研究[D]. 亓立.大连理工大学 2017
[8]钛合金Ti-6Al-4V混粉电火花加工与表面改性研究[D]. 赵林.山东理工大学 2017
[9]基于响应曲面法的前悬架优化设计及整车操纵稳定性分析[D]. 李康.中北大学 2015
[10]超声波对流体的作用效应研究[D]. 艾治余.西安石油大学 2015
本文编号：3213961
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声振动工作液电火花加工[48]
中北大学位论文7图1-1超声振动工作液电火花加工[48]Figure1-1EDMofultrasonicvibrationworkingfluid[48]邹纯[49]在工件上加载竖直超声进行仿真与试验，研究竖直超声对放电间隙介质的作用机理，如图1-2所示。结论显示，在较小间隙中工作介质流速较大，工作液压力增大，有利于加工屑的排除。图1-2工件超声振动复合电火花加工[49]Figure1-2Workpieceultrasonicvibrationcompositeelectricdischargemachining[49]张尹哲[50]在超声电火花加工盲孔试验中发现，超声振动成倍提高了孔加工效率，加工深度较大时，仍能保持良好放电状态。宋夕超[51]在分析强化层时发现，附加超声的加工表层致密性更好，气孔少，硬度、耐磨性能均有显著提高，通过EDS分析Ti和C元素含量较高。1.6TC4钛合金加工研究现状（1）TC4合金传统加工
中北大学位论文12加工表面微裂纹比较多。连续放电容易对机床电子元件产生损坏，因此要避免拉弧发生。2.1.3电蚀除机理及影响因素放电瞬间，电极表面较大的电流密度产生大量热能，极间放电通道瞬间温度高达7000℃以上[59]，工件材料放电点受高温气化、熔化，极间介质随即受热膨胀气化并产生大量气泡，气泡破裂产生的爆炸力[60]将熔融金属瞬时抛出：wLreptt（2-1）式中p——放电爆炸力最大值；β——Cp/Cv的积分函数，Cp为定压比热，Cv为定容比热；——工作液密度（kg/m3）；tr——放电脉冲前延时间（s）；tf——放电脉冲宽度（s）；WL——单位放电柱上的能量（J）。放电过程中，由于是多物理场共同作用，熔融物的排除过程较为复杂。如图2-1所示，气泡在形成初期极间压力增大，随着气泡的膨胀，内部压力减小，作用在熔池表面的压力减小，因而熔池爆裂，部分熔融物被抛出。图2-1熔融物蚀除机理[61]Figure2-1Melterosionmechanism[61]如图2-2所示，放电过程中高速电子、正离子以及高温高压的金属蒸汽射流对工件材料也产生冲蚀作用，而低沸点的工具电极产生的金属射流较强[61]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微细电火花深沟槽螺旋电极钛合金微孔加工[J]. 许金凯,马光胜,于朋,崔广续. 长春理工大学学报(自然科学版). 2019(06)
[2]钛合金内螺纹的电火花加工工艺研究[J]. 何兴会,杨国英,孙衍甫,谷建民. 机床与液压. 2019(21)
[3]航空发动机钛材料磨削技术研究现状及展望[J]. 丁文锋,奚欣欣,占京华,徐九华,傅玉灿,苏宏华. 航空学报. 2019(06)
[4]钛合金插铣加工切削力试验及工艺参数优化[J]. 程耀楠,杨金龙,冯新敏,宋旭. 工具技术. 2018(02)
[5]趋肤效应和磁场对电加工特性影响研究[J]. 雍耀维,郭常宁,杨磊. 机械设计与制造. 2015(02)
[6]超声振动主轴关键部件设计与动力学分析[J]. 许金凯,杜少婷,王荔檬,王晶东,丁戗,张林帅. 长春理工大学学报(自然科学版). 2014(02)
[7]超声波加工硬脆材料机理的有限元分析[J]. 陈娟烈,轧刚,常延晓. 电加工与模具. 2011(04)
[8]超声振动辅助电火花微小孔加工中超声参数对加工效率的影响[J]. 胡建华,汪炜. 中国机械工程. 2010(06)
[9]旋转超声加工机理的有限元分析[J]. 曹文国,轧刚. 新技术新工艺. 2009(10)
[10]难加工材料的电火花加工脉冲电源研究[J]. 宋博岩,郭金全,胡富强,孙小珠. 电加工与模具. 2006(05)
博士论文
[1]电火花加工材料蚀除机理及表面变质层形成研究[D]. 岳晓明.哈尔滨工业大学 2018
[2]放电铣削高效加工技术研究[D]. 郭成波.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于气体介质的电火花铣削加工技术及机理研究[D]. 苏树朋.山东大学 2008
[4]混粉电火花加工机理及关键技术研究[D]. 王元刚.大连理工大学 2008
[5]混粉电火花加工机理及应用研究[D]. 吕战竹.大连理工大学 2005
硕士论文
[1]TC4钛合金超声混分电火花加工装置设计与试验研究[D]. 丁磊.中北大学 2019
[2]超声磁场复合辅助电火花盲孔加工研究[D]. 张尹哲.中北大学 2019
[3]钛合金小孔微细电火花加工关键技术研究[D]. 张利.厦门大学 2018
[4]气体介质电火花加工间隙特性及伺服控制系统研究[D]. 王运航.哈尔滨工业大学 2018
[5]微细电火花混粉加工微孔探索性研究[D]. 王启建.大连理工大学 2018
[6]工件竖直超声振动对电火花加工间隙流场的影响研究[D]. 邹纯.中北大学 2018
[7]超声振动工作液复合电火花加工基础工艺的研究[D]. 亓立.大连理工大学 2017
[8]钛合金Ti-6Al-4V混粉电火花加工与表面改性研究[D]. 赵林.山东理工大学 2017
[9]基于响应曲面法的前悬架优化设计及整车操纵稳定性分析[D]. 李康.中北大学 2015
[10]超声波对流体的作用效应研究[D]. 艾治余.西安石油大学 2015
本文编号：3213961
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3213961.html
教材专著
