多孔质电极电火花加工性能研究

发布时间：2017-08-19 17:12

  本文关键词：多孔质电极电火花加工性能研究

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【摘要】：为克服传统电火花加工工具电极制备周期长、成本高及加工效率相对偏低等缺点,对采用多孔质工具电极的电火花加工方法进行了研究。多孔质电极由毫米级粒径的金属颗粒经高温烧结而成,通过改变烧结用模具体或端面的形状,可方便快捷地制备出具有相应三维形状或底部型面的多孔质电极。多孔质电极利用其分布式多孔结构可实现三维的大流量多孔内冲液,可降低极间蚀除产物浓度,从而改善极间放电状态并维护放电过程稳定,获得较高的电火花加工效率。对多孔质电极的快速烧结制备工艺进行了研究,通过确定原材料、烧结用模具及烧结方式,对电极制备过程中的烧结温度、保温时间等工艺参数进行了实验研究,制备得到了能够实现稳定电火花放电加工用的多孔质电极。通过对损耗报废后的多孔质电极进行烧结再制造,还可达到原材料循环再利用和降低制造成本的目的。对多孔质电极电火花加工的基本工艺规律和加工机理进行了研究,探讨了多孔质电极在平面、深孔、复杂型面条件下的电火花加工性能。实验结果表明:与传统电极相比,采用内冲液的多孔质电极在平面上的加工效率略低,但在深孔及复杂型面等工况下的加工能力却大幅提高,特别是在深孔加工时,可采用不抬刀方式加工,其加工速度几乎不受加工深度的影响。采用有限元法,对加工液在多孔质电极体内的分布规律及内冲液对加工屑分布和排出过程的影响进行了仿真分析,证明多孔内冲液可将极间蚀除产物沿一定通道快速排出加工区域,极间蚀除产物浓度得以快速降低,从而初步揭示了多孔质电极的加工机理。对多孔质电极内部流道结构进行了仿真及优化,并利用优化后的多孔质电极进行了冲液参数与加工性能关系的实验研究,结果显示多孔质电极不仅可采用大占空比加工获得较高的加工效率,而且冲液具有降低极间蚀除产物浓度和干扰等离子体弧柱的双重作用,从而使其材料去除率随冲液流量的增大呈现双峰值特征。对难加工材料钛合金TC4和镍基高温合金GH4169的多孔质电极电火花加工进行了实验研究。结果表明:其强化的极间冲液效果可有效克服难加工材料热物性对电火花加工带来的不良影响,使其在加工TC4时不仅可获得较高的加工效率,工具电极损耗率也较小,在加工镍基高温合金GH4169时采用较小的冲液流量和大电流时,可获得较高的加工速度。通过大量的多孔质电极烧结制备实验和电火花加工实验,较为全面地研究了多孔质电极制备方法及其电火花加工性能和加工机理,实现了大批量成型电极的快速、低成本制备,证实了多孔质电极在恶劣加工环境中具备高效的材料去除能力,初步揭示了多孔质电极电火花加工的机理,同时也证明了多孔质电极在难加工材料领域具有广阔的应用前景。
【关键词】：电火花加工 多孔质电极 高温烧结 多孔内冲液 难加工材料
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG661
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 课题背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状及发展动态分析9-17
• 1.2.1 电火花成型电极的快速制备9-13
• 1.2.2 实现材料快速去除的放电加工方法13-17
• 1.2.3 复杂半开放型腔结构的电火花加工17
• 1.3 电火花加工现状总结17-18
• 1.4 课题研究内容18-20
• 1.4.1 课题来源18
• 1.4.2 课题研究内容18-20
• 第二章 多孔质电极的制备20-31
• 2.1 工具电极材料及烧结方法20-22
• 2.1.1 工具电极材料的选择20-21
• 2.1.2 烧结多孔质电极的模具及烧结方式的选择21-22
• 2.2 电极体烧结制备实验及分析22-27
• 2.2.1 多孔质电极烧结制备22-23
• 2.2.2 烧结温度对多孔质电极烧结颈的影响23-25
• 2.2.3 保温时间对多孔质电极烧结颈的影响25-26
• 2.2.4 烧结温度及保温时间对多孔质电极体收缩率的影响26-27
• 2.3 多孔质电极电火花加工试验结果与分析27-29
• 2.4 多孔质电极的再制造29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 多孔质电极电火花加工基本实验研究31-42
• 3.1 实验装置与实验参数31
• 3.2 工件上表面加工实验31-35
• 3.2.1 脉间和脉宽对MRR及TWR的影响32-34
• 3.2.2 峰值电流及紫铜颗粒尺寸对MRR的影响34-35
• 3.3 深孔加工性能实验35-39
• 3.3.1 深孔下抬刀策略36-37
• 3.3.2 加工不同深度的工件对比实验37-39
• 3.4 半封闭复杂型面加工性能实验39-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第四章 多孔质电极电火花加工机理研究42-59
• 4.1 多孔质电极电火花加工极间流场仿真42-47
• 4.1.1 极间流场建模和数学模型42-44
• 4.1.2 极间流场分布及蚀除产物运动规律仿真结果44-46
• 4.1.3 基于仿真结果的实验研究46-47
• 4.2 多孔质电极内部流场仿真与优化47-53
• 4.2.1 电极内部流场建模48-49
• 4.2.2 电极内部流场仿真结果49
• 4.2.3 内部流场仿真结果与实验研究49-50
• 4.2.4 基于仿真结果的电极优化50-53
• 4.3 冲液对电火花加工性能的影响53-58
• 4.3.1 试验装置及方法53-54
• 4.3.2 分布式内冲液对脉冲间隙作用的替代能力54-55
• 4.3.3 不同冲液流量对电火花加工性能的影响55-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 难加工材料的多孔质电极电火花加工性能59-69
• 5.1 钛合金、镍基高温合金属性及其可加工性59-60
• 5.2 钛合金多孔质电极电火花加工60-65
• 5.2.1 电参数对多孔质电极MRR的影响60-62
• 5.2.2 电参数对多孔质电极TWR的影响62-64
• 5.2.3 半封闭复杂型面加工性能实验64-65
• 5.3 镍基高温合金多孔质电极电火花加工65-68
• 5.3.1 加工方式对MRR的影响65-66
• 5.3.2 电流对加工性能的影响66-67
• 5.3.3 冲液对加工性能的影响67-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-77
• 附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周锡荣,唐绍裘;纳米陶瓷的烧结方法[J];山东陶瓷;2004年04期

2 向小莉;赵万生;顾琳;;集束电极的CAD/CAM软件开发及制备[J];电加工与模具;2012年03期

3 赵万生;顾琳;徐辉;李磊;向小莉;;基于流体动力断弧的高速电弧放电加工[J];电加工与模具;2012年05期

4 刘志东;凌加健;陈文安;王祥志;;放电诱导可控烧蚀及电火花修整成形加工试验研究[J];电加工与模具;2013年05期

5 康新婷;迟煜，

本文编号：701926