单脉冲移动放电点温度场及通道电流振荡特性研究

发布时间：2017-03-22 19:04

  本文关键词：单脉冲移动放电点温度场及通道电流振荡特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：经过七十余年的发展,电火花加工被广泛应用于精密零件、难加工材料等的加工。但加工的机理研究的相对滞后已经在一定程度上制约了电火花加工技术的进一步扩展。近年来,新的观测和仿真技术,如高速摄像技术、数字信号处理和有限元技术,应用到电火花加工上,对理解电火花加工的机理有着帮助。本文应用ANSYS仿真技术建立了材料去除的有限元模型,并与单脉冲实验得到的结果进行了比较;针对特定阶段的电流信号进行测量,并用快速傅里叶变换进行了初步分析。电火花加工后的表面是由无数个放电坑组成的。因此,研究单个脉冲的放电是研究多脉冲放电的基础。在一次正常的火花的放电过程中,从绝缘介质被击穿形成放电通道到放电结束,通道内的等离子体可以看成热源,需要对热源的特性进行详细分析。该热源在某一时刻呈现二维高斯分布,热源的半径随着加工电流和放电时间变化,并且,等离子体的中心位置一直在移动。基于以此,建立了有限元仿真模型。模型考虑了材料的热学物理性质随温度的变化,实现了非均匀网格的自动划分。利用现有的机床,实现了单脉冲放电,并比较了在不同加工电流和脉冲宽度下的放电坑半径的大小,发现趋势符合实际的加工。在所选择的参数条件下,整个模型具有65%以上的精度。放电通道的电流信号反映着实际加工的物理状况。对放电通道内电流振荡的特性的研究有着重要的理论与实际意义。为了简化,对放电达到相平衡时的电流信号进行采样,此时可以将整个放电系统当成一个线性时不变系统,通过快速傅里叶变换得到其频谱图。发现不同加工电流,不同极性,不同电极材料的频谱有所不同。对振荡信号的可能来源进行分析归类,包括:脉冲电源,机床自动调节的进给,等离子体的振荡,高温熔融金属的运动,并首次提出了以整个晶粒为单位对电流的影响,为了验证所提模型的有效性,将单个晶粒看成简单的二阶振动模型,进行了单个方向上的振动频率计算,发现计算结果与实测结果有一定程度的符合。
【关键词】：电火花 放电点移动 温度场 电流振荡 信号来源
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG661
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 课题来源10
• 1.2 电火花加工理论研究现状10-16
• 1.2.1 放电通道研究10-12
• 1.2.2 单脉冲与多脉冲放电研究及仿真12-14
• 1.2.3 间隙流场研究及仿真14-15
• 1.2.4 放电信号检测与控制方面15-16
• 1.3 电火花加工技术应用现状16-20
• 1.3.1 不同绝缘介质中电火花加工16-17
• 1.3.2 电火花铣削17
• 1.3.3 超声辅助与磁场辅助电火花加工17-18
• 1.3.4 混粉加工18
• 1.3.5 难加工材料18-19
• 1.3.6 脉冲电源19
• 1.3.7 其他方面19-20
• 1.4 电火花加工特性20
• 1.5 本文主要研究内容20-22
• 第二章 移动放电点单脉冲放电模型22-39
• 2.1 引言22
• 2.2 传热理论模型22-23
• 2.3 放电时能量分配23-24
• 2.4 放电通道热源半径24-25
• 2.5 热源模型25-27
• 2.6 放电点移动27-28
• 2.7 材料热物性和相变28-29
• 2.8 有限元模型29-38
• 2.8.1 几何模型及网格的划分29-31
• 2.8.2 初值条件与边界条件31
• 2.8.3 热流加载31-33
• 2.8.4 结果与讨论33-38
• 2.9 本章小结38-39
• 第三章 单脉冲实验39-49
• 3.1 引言39
• 3.2 单脉冲实验39-42
• 3.3 实验与仿真结果42-48
• 3.3.1 同一加工电流下不同脉冲宽度放电坑仿真与实验结果对比42-47
• 3.3.2 同一脉冲宽度下不同加工电流放电坑仿真与实验结果对比47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 放电通道电流振荡特性研究49-67
• 4.1 引言49
• 4.2 信号分析与变换49-51
• 4.3 参数的确定和信号的采集51-53
• 4.4 加工波形及分析53-63
• 4.4.1 钨为工具电极时不同参数下加工波形53-58
• 4.4.2 铜为工具电极时不同参数下加工波形58-62
• 4.4.3 电流FFT变化后波形与电流、材料之间的关系62-63
• 4.5 实验结果讨论63-66
• 4.5.1 电流振荡信号来源分类63-64
• 4.5.2 晶粒振动模型64-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 结论与展望67-69
• 5.1 结论67
• 5.2 展望67-69
• 参考文献69-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文75-77

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本文编号：261994