混粉电火花成型机主机系统及工艺试验的研究

论文摘要

混粉电火花加工技术是通过在工作液中添加一定浓度的导电性硅、铝等微细粉末,改变电火花放电状态,使加工表面的粗糙度显著降低,表面性能得到改善,省去了人工抛光,使电火花加工作为大面积精密、复杂型面的最终加工成为可能。随着数字控制技术的发展,混粉电火花加工机床已数控化,机床功能更加完善,自动化程度大为提高。本文通过研究现有电火花成型机的结构及性能,设计组装了应用于混粉加工的电火花成型机主机系统,并进行实际生产加工,取得了很好的加工效果。本文首先对混粉电火花成型机主机系统进行结构设计,并应用ANSYS与Pro/E的无缝链接对其关键部件(主轴头、立柱和床身)进行了有限元分析,通过分析找出设计的不合理之处,以之指导结构设计,对结构中的薄弱环节进行了改进。这些为接下来进一步优化设计机床和降低制造成本奠定了理论依据,有利于具有先进水平的混粉电火花成型机的研发。其次,研究粉末在混粉电火花加工中的作用机理,对混粉电火花加工降低表面粗糙度机理进行分析,解释粉末浓度及种类对加工表面粗糙度的影响。通过分析粉末颗粒在工作液中的运动状态来研究粉末悬浮机理,并通过分析添加剂的物理化学特性及试验来研究能提高粉末悬浮性的添加剂,为下一步研制能够广泛应用于实际加工的粉末添加剂提供了思路。针对几种重要的工艺条件对混粉电火花加工质量的影响进行了详细的综合性分析,并总结规律,同时在理论分析和工艺试验中对加工参数进行了优化,使之很好地应用于实际加工。最后,对本文设计的混粉电火花成型机床的加工性能进行了测试,并进行实际的生产加工,如曲面、纺织机挂钩模具、钛合金材料的加工和混粉打字等。总结了混粉电火花加工的工艺特点、应用方法和机床操纵技巧。应用结果表明工艺研究的结论对实际生产加工有着很重要的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 混粉电火花相关技术的研究状况
• 1.2.1 国内外混粉技术的研究进展及成果
• 1.2.2 电火花成型机床的研究进展及成果
• 1.3 混粉电火花加工的基本原理及特点
• 1.4 课题来源及主要研究内容
• 第2章 主机系统的设计
• 2.1 总体设计方案
• 2.2 主机机械系统的设计
• 2.2.1 床身和立柱的设计
• 2.2.2 工作台系统的设计
• 2.2.3 主轴头系统
• 2.2.4 工作液槽系统
• 2.3 本章小结
• 第3章 主机系统的有限元分析
• 3.1 电火花成型机主机系统静力分析
• 3.1.1 主轴头结构的有限元静力分析
• 3.1.2 立柱结构的有限元静力分析
• 3.1.3 床身结构的有限元静力分析
• 3.2 电火花成型机主机系统模态分析
• 3.2.1 主轴头结构的有限元模态分析
• 3.2.2 床身结构的有限元模态分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 粉末的添加悬浮与工艺
• 4.1 混粉电火花加工中粉末添加机理
• 4.1.1 减少集中放电
• 4.1.2 表面改性与强化
• 4.1.3 粉末对机床结构的影响
• 4.1.4 降低表面粗糙度
• 4.2 工艺条件对表面粗糙度影响试验
• 4.2.1 电极面积对表面粗糙度的影响
• 4.2.2 加工极性对表面粗糙度的影响
• 4.2.3 抬刀对表面粗糙度的影响
• 4.2.4 平动对表面粗糙度的影响
• 4.2.5 其他工艺条件对表面粗糙度的影响
• 4.3 粉末悬浮添加剂的研究
• 4.3.1 降低粉末颗粒沉降速度的原理
• 4.3.2 影响粉末沉降速度的添加剂的研究
• 4.4 加工参数的优化选择
• 4.5 本章小结
• 第5章 混粉电火花成型机的实际应用
• 5.1 加工曲面
• 5.2 混粉电火花打字
• 5.3 纺织机挂钩模具
• 5.4 钛合金件加工
• 5.5 工艺总结
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢