绝缘陶瓷材料电火花加工技术及仿真研究

论文摘要

绝缘性陶瓷材料由于具有硬度高、耐磨损、耐高温、耐高压、绝缘性等诸多优越性能,被认为是推进21世纪产业进步的主导材料之一,其工程应用前景广阔,但因为绝缘性陶瓷材料极硬且脆,使其成型加工,尤其是复杂形状的成型加工非常困难,从而极大地制约了其广泛应用。电火花加工由于几乎不受材料综合机械性能（如硬度、脆性等）的影响,特别适合于常规机械加工方法难以加工的导电性材料,电火花加工一直被认为是一种加工高硬度材料的极好方法。然而,多少年来人们一直认为这种方法只能加工导电材料,对绝缘性陶瓷等非导电性材料的加工是无能为力的,陶瓷类材料形成所要求的形状,除了在烧结前成型外别无他法。本文采用辅助电极法,以大量试验为基础,对绝缘性陶瓷材料Si3N4的加工技术进行了研究。由于绝缘性材料电火花加工技术突破了电火花加工只能用于导电性材料加工的传统禁区,是电火花加工的全新领域之一,因此本文研究内容对深化绝缘性材料电火花加工技术的基础理论和推进绝缘性陶瓷材料电火花加工从可能性转变为可用性具有重要意义,填补了国内这方面研究的空白。在大量试验研究的基础上,应用人工神经网络技术,建立了绝缘性陶瓷材料Si3N4的电火花加工工艺效果预测模型,并编写了相应的仿真系统软件,对绝缘性陶瓷材料Si3N4的电火花加工进行仿真研究。本文主要研究成果和创新如下:1、研究了采用辅助电极法电火花加工绝缘性陶瓷材料的过程,探讨分析了绝缘性陶瓷材料电火花加工的加工机理。2、研究了辅助电极膜制备方法,成功应用涂覆方法制作了成本低廉、方便实用的辅助电极膜。3、研究了绝缘性陶瓷材料Si3N4电火花加工过程中导电膜生成情况和导电性能,探讨分析了导电膜的形成机理,得出了加工电参数、加工深度、送电距离与导电膜特性的关系。4、研究了绝缘性陶瓷材料Si3N4电火花加工速度,得出了加工电参数、电极尺寸、加工深度、送电距离与加工速度的关系。5、研究了绝缘性陶瓷材料Si3N4电火花加工质量,得出了加工电参数、电极尺寸与加工表面粗糙度的关系。6、研究了绝缘性陶瓷材料Si3N4电火花加工的仿真技术,应用BP神经网络技术,建立了绝缘陶瓷Si3N4电火花加工工艺效果预测模型;采用遗传算法和神经网络结合,实现了对绝缘陶瓷Si3N4电火花加工电参数的优化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 概述
• 1.1 研究的背影和意义
• 1.2 研究的国内外现状
• 1.3 课题的来源和研究的内容
• 1.3.1 课题的来源
• 1.3.2 课题研究的目标
• 1.3.3 研究的主要内容
• 第2章 绝缘性陶瓷材料电火花加工机理探讨
• 2.1 辅助电极法电火花加工绝缘材料的过程
• 2.2 辅助电极法电火花加工绝缘材料的机理
• 2.2.1 试验条件和方法
• 2.2.2 试验结果及其分析
• 2.2.3 绝缘材料电火花加工机理
• 2.3 本章小结
• 第3章 辅助电极制备及生成导电膜特性研究
• 3.1 辅助电极的材料
• 3.2 辅助电极的制备方法
• 3.3 生成导电膜的导电性能
• 3.3.1 导电膜的形成机理探讨
• 3.3.2 导电膜的特性
• 3.4 本章小结
• 第4章 绝缘性陶瓷材料电火花加工特性研究
• 4.1 绝缘性陶瓷电火花加工的稳定性
• 4.2 绝缘性陶瓷电火花加工的速度
• 4.2.1 绝缘性陶瓷电火花加工速度与加工电参数的关系
• 4.2.2 绝缘性陶瓷电火花加工速度与电极尺寸的关系
• 4.2.3 绝缘性陶瓷电火花加工速度与加工深度的关系
• 4.2.4 绝缘性陶瓷电火花加工速度与送电距离的关系
• 4.3 绝缘性陶瓷电火花加工的表面质量
• 4.3.1 绝缘性陶瓷电火花加工表面质量与电参数的关系
• 4.3.2 绝缘性陶瓷电火花加工表面质量与电极尺寸的关系
• 4.4 本章小结
• 第5章 绝缘性陶瓷材料电火花加工的仿真及加工工艺效果预测
• 5.1 绝缘陶瓷电火花加工工艺效果预测模型的建立
• 5.1.1 BP神经网络预测模型
• 5.1.2 神经网络训练样本的选择
• 5.1.3 数据的归一化处理
• 5.1.4 采用MATLAB编写电火花加工工艺效果预测BP网络
• 5.1.5 绝缘陶瓷电火花加工工艺效果预测BP网络数据流程
• 5.2 绝缘陶瓷电火花加工电参数的优化
• 5.2.1 遗传算法简介
• 5.2.2 基于神经网络建模和遗传算法的电参数优化
• 5.2.3 MATLAB遗传算法工具箱电参数的优化计算
• 5.3 绝缘陶瓷电火花加工仿真系统的集成与实现
• 5.3.1 系统软件的集成
• 5.3.2 用户界面设计的基本原则
• 5.3.3 系统软件功能模块设计
• 5.3.4 系统软件用户界面介绍
• 5.4 仿真系统软件运行实例
• 5.4.1 神经网络的训练
• 5.4.2 电火花加工工艺效果预测
• 5.4.3 电参数的优选
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录: 博士研究生期间发表的相关论文和相关研究工作