纳米复相陶瓷电火花线切割加工特性研究

论文摘要

陶瓷材料具有高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等性能，在空间技术、机械工业、石油工业等领域的用途越来越多，但其可靠性差、脆性大等特点难于加工因而使其应用受到限制。通过多相复合来改善材料的性能是材料改性的主要手段之一。纳米复相陶瓷具有优良的室温和高温机械性能，被誉为“万能材料”或“面向21世纪的新材料”。因此，对其进行电火花线切割加工工艺的研究具有十分重要的理论与实际意义。本文研究了电火花线切割加工TiN／Si3N4纳米复相陶瓷时工艺参数与加工速度、表面粗糙度等工艺指标的关系，通过对试验结果的综合分析，得出各参数对电火花线切割加工纳米复相陶瓷工艺指标的影响规律，为加工导电性陶瓷的参数选择提供了依据。本文对TiN／Si3N4纳米复相陶瓷电火花线切割加工后的表面特性进行了研究。通过改变脉冲宽度、脉冲间隔、开路电压和工作电流等参数来研究其对加工后的表面质量和微观结构的影响。分别使用金相显微镜、带能谱的扫描电镜、X射线衍射仪和维氏硬度计对加工后的纳米复相陶瓷进行了分析。根据实验结果，可以得到放电能量对表面粗糙度、加工速度和表面裂纹的形状都有影响，同时在加工后的TiN／Si3N4纳米复相陶瓷的表面形成了很薄的一层软化层。文中对电火花线切割加工时如何获得最优表面粗糙度和加工速度的组合进行了研究。以数理统计的理论为指导，设计了正交实验表格，按照表格对TiN／Si3N4纳米复相陶瓷进行了电火花线切割加工实验。实验中通过改变脉冲宽度、脉冲间隔、开路电压和工作电流等参数进行分析研究，采用正交的方式记录了一组实验数据。得到了各因素和指标的关系图，并分别进行了极差和方差分析。通过对实验数据进行分析和处理，得到了电火花线切割加工TiN／Si3N4纳米复相陶瓷时工艺参数与加工效果之间的关系，根据不同的加工条件选择出了一组加工速度较大而表面粗糙度较小的优化工艺参数组合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 课题提出的背景
• 3N₄纳米复相陶瓷WEDM加工的意义'>1.1.2 TIN/Si₃N₄纳米复相陶瓷WEDM加工的意义
• 1.2 目前国内外陶瓷材料加工技术现状
• 1.2.1 绝缘陶瓷材料的加工现状
• 1.2.2 导电性陶瓷材料的加工现状
• 1.3 本文研究的主要内容和目标
• 1.3.1 本文研究的主要内容
• 1.3.2 本文研究目标
• 2 电火花线切割加工原理
• 2.1 电火花线切割加工的特点与应用
• 2.1.1 电火花线切割加工的特点
• 2.1.2 电火花线切割加工的应用
• 2.2 电火花线切割加工放电基本原理
• 2.3 数控电火花线切割机床
• 2.3.1 电火花线切割机床的组成部分
• 2.3.2 试验中使用的电火花线切割机床
• 2.4 根据加工对象合理选择电参数
• 2.5 电火花线切割技术的应用现状及发展趋势
• 本章小结
• 3 导电性纳米复相陶瓷
• 3.1 纳米复相陶瓷的分类
• 3N₄纳米复相陶瓷的制备及其微观结构和性能'>3.2 TIN/Si₃N₄纳米复相陶瓷的制备及其微观结构和性能
• 3.3 本次试验中所用的纳米复相陶瓷材料性能
• 3.4 纳米复相陶瓷的应用前景
• 本章小结
• 4 纳米复相陶瓷电火花线切割加工工艺性分析
• 4.1 电火花线切割的工艺指标与试验条件
• 4.2 电参量对加工工艺指标的影响
• 4.2.1 对加工速度的影响
• 4.2.2 对表面粗糙度的影响
• 4.3 电极丝对加工工艺的影响
• 4.4 冷却液对加工工艺的影响
• 4.4.1 不同冷却液对加工速度的影响
• 4.4.2 不同冷却液对表面粗糙度的影响
• 4.5 影响电极丝损耗的主要因素
• 4.5.1 丝损的评价指标
• 4.5.2 引起丝损的因素及减少的方法
• 4.6 影响断丝的主要因素
• 4.6.1 与电极丝相关的断丝
• 4.6.2 与工件相关的断丝
• 4.6.3 与加工工艺相关的断丝
• 4.6.4 与脉冲电源相关的断丝
• 4.6.5 与走丝装置相关的断丝
• 4.6.6 与冷却系统相关的断丝
• 4.6.7 其他
• 本章小结
• 5 纳米复相陶瓷电火花线切割加工表面变质层成分与组织
• 5.1 引言
• 3N₄纳米复相陶瓷加工前表面成份分析'>5.2.1 TIN/Si₃N₄纳米复相陶瓷加工前表面成份分析
• 3N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后表面成份分析'>5.2.2 TIN/Si₃N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后表面成份分析
• 3N₄纳米复相陶瓷WEDM加工前后表面的X射线衍射分析'>5.3 TIN/Si₃N₄纳米复相陶瓷WEDM加工前后表面的X射线衍射分析
• 3N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后表面SEM分析'>5.4 TIN/Si₃N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后表面SEM分析
• 3N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后的表面变质层'>5.5 TIN/Si₃N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后的表面变质层
• 5.5.1 变质层的形成过程及特性分析
• 5.5.2 变质层对模具寿命的影响
• 3N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后表面变质层'>5.5.3 TIN/Si₃N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后表面变质层
• 3N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后表面变质层厚度的因素'>5.5.4 影响TIN/Si₃N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后表面变质层厚度的因素
• 5.5.5 去除表面变质层主要采用的几种方法
• 5.5.6 表面完整性策略
• 3N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后微观裂纹'>5.6 TIN/Si₃N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后微观裂纹
• 3N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后放电间隙技术分析'>5.7 减小TIN/Si₃N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后放电间隙技术分析
• 5.7.1 不同冷却液对放电间隙的影响
• 5.7.2 单个脉冲放电能量对放电间隙的影响
• 5.7.3 提高加工过程的稳定性
• 5.7.4 开路电压对放电间隙的影响
• 3N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后的表面显微硬度'>5.8 TIN/Si₃N₄纳米复相陶瓷WEDM加工后的表面显微硬度
• 本章小结
• 6 纳米复相陶瓷WEDM加工的正交试验分析
• 6.1 正交试验设计
• 6.1.1 正交试验设计理论
• 6.1.2 线切割加工工艺指标与工艺因素
• 6.1.3 正交试验方案确定
• 6.1.4 正交表的选择
• 6.1.5 正交表表头设计
• 6.1.6 正交试验结果
• 6.2 正交试验结果的极差分析
• 6.2.1 加工速度的极差分析
• 6.2.2 表面粗糙度的极差分析
• 6.3 正交试验结果的方差分析
• 6.3.1 加工速度的方差分析
• 6.3.2 表面粗糙度的方差分析
• 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读研究生期间发表（录用）论文