低温气体冷却对电火花加工的影响研究

发布时间：2017-09-26 03:23

  本文关键词：低温气体冷却对电火花加工的影响研究

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【摘要】：电火花加工中电极损耗是影响加工质量和加工精度的一个重要因素。为降低电极损耗,用液氮冷却方法来实现电火花工具电极低损耗是当前国际上电火花加工领域研究的一个热点方向。现有液氮冷却工具电极以降低工具电极损耗方法进行电火花加工时,工具电极损耗大幅降低,但由于冷却温度过低,工件材料移除速率也随之大幅降低,同时工件表面会出现大量细微裂纹。本文针对该方法的不足之处,提出了一种新的冷却方式,使用空气与液氮蒸发气混合后的低温气体来冷却工具电极,从而实现工具电极损耗的降低。为验证该方法有效性,本文从理论、有限元仿真和试验三方面分别对该方法进行理论、仿真分析和验证,主要研究内容和成果如下:1、分析工具电极和工件材料不同温度下热力学属性,以工具电极和工件材料低温下热导率和比热容为分析对象,对不同温度下进行电火花加工,工件和工具电极热力学属性变化导致加工结果产生的可能影响进行了理论分析。2、为进一步验证低温冷却实现电火花工具电极低损耗方法理论有效性,对低温气体冷却工具电极模型进行建模,并将模型导入ANSYS Mechanical和CFX有限元仿真软件,对其分别进行稳态流场和瞬态温度场仿真,获得了低温气体的稳态流场、工具电极受低温气体冷却的瞬态温度场,和在低温气体冷却下,工具电极放电加工瞬态温度场。仿真结果表明使用低温气体冷却工具电极以降低工具电极损耗的方法可切实可行。3、按仿真模型尺寸制造实际零件,对机床进行改造,并按照仿真中使用的电参数,进行低温冷却工具电极电火花加工试验,通过试验来验证该方法有效性。试验后,对工具电极和工件样件分别在扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope)下进行了观察,最终根据观察分析结果,结合仿真结论得出:通过使用低温气体冷却工具电极,有效降低了工具电极相对损耗和绝对损耗,但通入混合气体温度不宜过低,在选定试验电参数下,最优通气气体温度为-60℃,工具电极温度为-41℃。
【关键词】：低温气体 电火花 电极损耗 有限元
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG661
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 电火花加工概述8
• 1.2 国内外相关研究现状及发展趋势及电火花加工存在问题8-10
• 1.2.1 国内外相关研究现状及发展趋势8-9
• 1.2.2 电火花加工存在的问题9-10
• 1.3 课题研究意义10-11
• 1.4 课题研究内容11-12
• 1.5 本章小结12-13
• 第二章 电火花加工及低温电火花加工原理分析13-20
• 2.1 电火花加工原理简介13-14
• 2.2 电火花加工的必要条件14-15
• 2.3 电火花加工的基本过程15-17
• 2.3.1 两极间绝缘介质的电离、击穿，形成放电通道16
• 2.3.2 工作介质在高温下热解、电极材料熔化、气化16
• 2.3.3 电极材料抛出16
• 2.3.4 两极间绝缘介质消电离16-17
• 2.4 低温电火花加工方法的提出17
• 2.5 紫铜和W6MO5CR4V2在不同温度下物理属性变化17-19
• 2.5.1 紫铜和W6Mo5Cr4V2在不同温度下热力学属性变化17-19
• 2.5.2 紫铜不同温度下电阻率变化19
• 2.6 本章小结19-20
• 第三章 低温电火花加工有效性仿真验证20-36
• 3.1 有限元仿真过程20
• 3.2 有限元仿真理论模型的建立20-23
• 3.2.1 流动模型20-21
• 3.2.2 冷却模型21
• 3.2.3 热源模型21-22
• 3.2.4 放电能量分配22
• 3.2.5 放电通道半径22-23
• 3.3 有限元仿真数学模型的建立23-24
• 3.4 有限元网格划分24-26
• 3.5 低温气体在流道入口速度计算26-27
• 3.6 计算属性设置及载荷施加27
• 3.7 仿真及结果分析27-34
• 3.7.1 Flotran及CFX流场仿真及结果对比分析27-30
• 3.7.2 火花放电前瞬态温度场分析30-32
• 3.7.3 火花放电瞬态温度场分析32-34
• 3.8 结论34-35
• 3.9 本章小结35-36
• 第四章 低温气体冷却电火花工具电极试验研究36-48
• 4.1 引言36
• 4.2 试验设计36-39
• 4.2.1 工件及工具电极选择36
• 4.2.2 试验装置搭建36-38
• 4.2.3 工作参数及变量的选择38-39
• 4.3 相关计算39
• 4.4 试验结果及分析39-47
• 4.4.1 加工误差分析39-40
• 4.4.2 数据处理40-41
• 4.4.3 工件材料移除速率41-42
• 4.4.4 工具电极损耗42-43
• 4.4.5 表面微观形貌43-47
• 4.4.5.1 工具电极表面微观形貌43-45
• 4.4.5.2 工件表面微观形貌45-47
• 4.5 结论47
• 4.6 本章小结47-48
• 第五章 结论48-49
• 5.1 结论48-49
• 在读期间公开发表的论文49-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-53

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