混粉电火花加工放电机理及工艺研究

论文摘要

加工精密化是电火花加工技术的一个重要发展方向，混粉电火花加工技术则是实现精密电火花加工的一项有效手段。该项技术是在工作液中添加微细粉末参与火花放电，从而有效改善加工表面质量，降低表面粗糙度，实现大面积光整加工，在模具制造行业具有广阔的应用前景。由于混粉电火花加工技术与普通电火花加工技术的最大区别是在工作液中添加微细粉末，粉末的存在对加工效果有重要的影响，因此研究粉末参与放电对加工过程的影响，对提高混粉电火花加工表面质量，推广混粉电火花加工技术的应用具有重要意义。但是，由于粉末增加了放电过程的复杂性，增大了混粉电火花加工放电机理和工艺研究的难度，因此该项技术尚未获得大范围推广应用。本文在查阅国内外大量的文献资料的基础上，通过一系列普通电火花加工与混粉电火花加工的对比实验，采用实验研究与理论分析相结合的方式，对混粉电火花加工机理、工艺特性和数学模型的研究做了进一步深入的探索。 首先，本文对混粉电火花加工放电机理进行了深入研究。 本文在总结碰撞游离理论、气泡击穿理论和杂质击穿理论三种电介质击穿理论的基础上，从载流子的角度分析了混粉电火花加工的单次脉冲放电过程，并在此基础上，提出了以单次抬刀为单位的多次脉冲放电的物理模型，认为在单次抬刀周期内，参与放电的载流子与放电后放电痕的尺寸在每次脉冲放电中各不相同。观察加工表面微观形貌，证实了该物理模型的适用性。并在此模型的基础上，从分子键能的角度对两种电火花加工极间电容和放电间隙进行对比分析；引入熵的概念，从热力学的角度分析了放电通道位形随脉冲宽度和峰值电流的变化情况，解释了混粉电火花加工可以改变工件加工表面性能的机理，并利用扫描电镜和电子探针对混粉电火花加工后工件表面层成分进行了检测，证实了粉末参与放电以固溶体的形式存在于加工表面，影响加工表面性能。 其次，本文分析了混粉电火花加工中主要电参数与非电参数对工艺指标的影响。 本文分析了峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔和加工极性等主要电参数，以及工作介质、加工面积、电极平动量、工件材料和工具材料、抬刀高度和抬刀频率、冲抽油压力和加工时间等非电参数对表面粗糙度、加工速度、电极损耗率等加工指标的单因素影响。 以峰值电流、脉冲宽度、空载电压、伺服电压、加工面积等参数作为实验的5个因素，对普通电火花加工和混粉电火花加工进行正交实验设计。并通过对常规电火花加工、混硅粉、混铝粉电火花加工实验的三个加工指标——加工时间、表面粗糙度和电极损耗的极差的对比分析，分别得出了各因素对加工指标影响程度，对比分析了不同加工极性和不同工作液中，各参数对加工指标的交互影响程度，并分析了原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的科学依据
• 1.1.1 课题的提出
• 1.1.2 课题的来源
• 1.2 课题的研究意义
• 1.3 电火花加工技术的发展
• 1.3.1 电火花加工技术简介
• 1.3.2 电火花加工技术的分类
• 1.3.3 电火花加工技术的发展趋势
• 1.4 混粉电火花加工技术的研究现状
• 1.4.1 混粉电火花加工技术的产生
• 1.4.2 混粉电火花加工技术的特征
• 1.4.3 粉末颗粒的加入对火花放电机理影响的研究
• 1.4.4 粉末颗粒的加入对火花放电加工效果影响的研究
• 1.4.5 粉末特性对火花放电效果影响的研究
• 1.5 混粉电火花加工技术的发展前景
• 1.6 混粉电火花加工技术存在的不足
• 1.7 本文的主要工作
• 2 混粉电火花加工实验设计
• 2.1 引言
• 2.2 实验条件
• 2.2.1 实验设备
• 2.2.2 实验条件
• 2.3 正交实验设计方法在混粉电火花加工中的应用
• 2.3.1 正交实验设计
• 2.3.2 正交实验设计参数的选择
• 2.4 全因素实验设计
• 2.4.1 全因素实验Ⅰ
• 2.4.2 全因素实验Ⅱ
• 2.4.3 全因素实验设计Ⅲ
• 2.4.4 全因素实验设计Ⅳ
• 2.5 本章小结
• 3 混粉电火花加工机理研究
• 3.1 引言
• 3.2 混粉电火花加工技术的机理回顾与分析
• 3.3 混粉电火花加工中单次火花放电的机理性研究
• 3.3.1 放电负极
• 3.3.2 放电通道
• 3.3.3 放电正极
• 3.3.4 消电离
• 3.4 混粉电火花加工中多次火花放电过程分析
• 3.4.1 混粉电火花加工中多次放电过程的理论分析
• 3.4.2 混粉电火花加工中多次脉冲放电的物理模型
• 3.4.3 混粉电火花加工中多次脉冲放电的物理模型的实验验证
• 3.5 多次脉冲火花放电物理模型的应用
• 3.5.1 极间电容的分析
• 3.5.2 多次放电模型的热力学基础及验证
• 3.6 本章小结
• 4 混粉电火花加工技术工艺研究
• 4.1 引言
• 4.2 混粉电火花加工表面粗糙度的研究
• 4.2.1 加工参数对表面粗糙度影响的分析
• 4.2.2 加工参数对表面粗糙度影响程度的实验研究及分析
• 4.2.3 不同加工极性下加工参数对表面粗糙度影响程度对比研究
• 4.2.4 不同工作液添加剂中加工参数对表面粗糙度影响程度的对比研究
• 4.3 混粉电火花材料去除率的研究
• 4.3.1 加工参数对材料去除率影响的分析
• 4.3.2 加工参数对材料去除率影响程度的实验研究及分析
• 4.3.3 不同加工极性下加工参数对材料去除率影响程度对比研究
• 4.3.4 不同工作液添加剂中加工参数对材料去除率影响程度的对比研究
• 4.4 混粉电火花加工电极损耗率的研究
• 4.4.1 加工参数对电极损耗率影响的分析
• 4.4.2 加工参数对电极损耗率影响程度的实验研究及分析
• 4.4.3 不同加工极性下加工参数对电极损耗率影响程度对比研究
• 4.4.4 不同工作液添加剂中加工参数对电极损耗率影响程度的对比研究
• 4.5 实验结果总结分析
• 4.6 本章小结
• 5 混粉电火花加工放电数学模型的研究
• 5.1 引言
• 5.2 混粉电火花加工尺寸精度的研究
• 5.2.1 过切量的影响因素分析
• 5.2.2 实验结果与分析
• 5.2.3 常规电火花加工加工余量经验模型的建立
• 5.2.4 混粉电火花加工加工余量经验模型的建立
• 5.2.5 两种电火花加工加工余量计算公式对比分析
• 5.3 混粉电火花加工放电数学模型
• 5.3.1 电火花加工放电过程模型的描述
• 5.3.2 混粉电火花加工各场的数学模型
• 5.4 分子动力学模拟方法在混粉电火花加工中应用的示例
• 5.4.1 分子动力学模拟方法介绍
• 5.4.2 分子动力学模拟方法在混粉电火花加工模拟中的应用
• 5.4.3 程序实现
• 5.4.4 计算结果
• 5.5 结论
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录A 附录:混粉电火花加工实例
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 创新点摘要
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书