电火花加工单脉冲放电工件温度建模与工艺参数优化

发布时间：2017-09-25 07:42

  本文关键词：电火花加工单脉冲放电工件温度建模与工艺参数优化

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【摘要】：电火花线切割加工(WEDM)利用工具电极和工件之间因放电作用产生的大量热能而实现工件的蚀除,属于非接触加工技术的一种。其加工范围覆盖几乎所有导电材料,尤其适用于难加工材料以及形状复杂、精度要求高的零件加工,较好地弥补了传统机械加工的不足。但是目前为止还没有一个较完善的理论能系统的解释其复杂的放电过程,并且工艺参数优化同样也成为了研究的热点问题。因此,本文围绕精密线切割脉冲放电过程建模仿真与工艺优化问题展开研究。本文在考虑变化的能量分配系数、潜热和高斯热源分布等的基础上,基于有限元法建立了电火花脉冲放电温度场模型,并对模型进行求解。对求解结果与已有模型结果和实验结果进行比较分析,对比结果表明本文模型更接近于实验值,可以为电火花加工提供可靠的理论依据。单脉冲放电结束后,研究了温度场的分布区域,接着对电流、脉宽和电压等对蚀除凹坑径向和深向尺寸的影响进行了研究。基于单脉冲温度场模型对精密线切割电加工过程的工艺优化进行研究。设计实验,使用有限元得到不同参数组合的材料去除率MRR和表面粗糙度Ra;使用方差分析,得到MRR和Ra与电参数之间的函数关系。然后,基于信噪比方法分析单个工艺参数对MRR和Ra的影响。接着,基于带精英策略的非支配排序遗传算法对获得的MRR和Ra模型进行两目标优化。采用分形方法来描述工件表面三维形貌特征,基于田口正交实验方法设计实验,利用3D干涉仪测量工件表面形貌,使用差分盒维法计算分形维数FD值,并研究了FD与表面粗糙度Sq之间的关系,接着研究了各工艺参数对FD的影响程度以及参数间的交互作用。使用信噪比(S/N)法得到FD的最优参数组合,并通过实验对其验证,对比表明,最优参数组合加工得到的工件表面FD值比初始参数组合得到的FD值提高了11%。最后,在上述研究的基础上,对全文工作进行总结,并对今后的研究方向进行展望。
【关键词】：电火花加工 脉冲放电 温度场 工艺优化 分形理论
【学位授予单位】：华中科技大学
【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
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题研究背景及意义9-10
• 1.3 国内外研究概况10-16
• 1.4 论文主要研究内容16-17
• 2 电火花单脉冲放电有限元温度场仿真研究17-33
• 2.1 电火花单点放电温度场模型建立17-24
• 2.2 温度场模型验证24-27
• 2.3 温度场模型分析27-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 基于温度场模型电加工建模与多目标优化33-45
• 3.1 实验设计33-34
• 3.2 基于RSM的MRR和Ra回归模型建立34-37
• 3.3 基于S/N分析电参数对加工性能的影响37-39
• 3.4 基于NSGA-II算法的MRR和Ra两目标优化39-42
• 3.5 工艺优化讨论与总结42-43
• 3.6 本章小结43-45
• 4 电加工表面三维形貌分形表征与工艺优化45-57
• 4.1 分形理论45-46
• 4.2 实验设计与三维形貌测量和处理46-49
• 4.3 加工工艺参数对FD的影响研究49-56
• 4.4 本章小结56-57
• 5 总结与展望57-59
• 5.1 总结57
• 5.2 展望57-59
• 致谢59-61
• 参考文献61-69
• 攻读学位期间科研情况69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 邓祥明;电火花线切割加工工艺参数的多目标优化[J];电加工;1998年03期

2 程国柱;刘志东;田宗军;黄因慧;李建军;;基于ANSYS电火花线切割加工的温度场分析[J];电加工与模具;2008年06期

3 赵万生;康小明;吴杰;王丹;;特种加工技术最新研究进展——第16届国际电加工会议论文综述[J];电加工与模具;2011年S1期

4 吴伟,崔光华;星点设计-效应面优化法及其在药学中的应用[J];国外医学.药学分册;2000年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 马仕龙;基于单脉冲电火花加工的材料蚀除机理研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

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本文编号：916211