【摘要】：隨著微電子、半導體和航空航天等領域科技的發(fā)展,工業(yè)陶瓷、光學玻璃等難導電硬脆材料逐漸起著越來越重要的作用。石英、陶瓷等硬脆材料具有獨特的物理性能,如高硬度、高熔點以及高脆性等,且相較于常見的金屬材料,它們還具有難導電、低膨脹系數(shù)、耐磨損和與有機體相容等優(yōu)勢,所以硬脆材料的應用十分廣泛。電化學放電加工(ECDM)方法在難導電硬脆材料的微細加工方面具有巨大優(yōu)勢,該方法不需要復雜的設備,加工成本低,而且加工過程中無機械力,具有良好的加工柔性,通過調(diào)節(jié)加工參數(shù)條件,能夠獲得良好的加工質(zhì)量。因此,本文展開了針對該加工方法的機理研究和實驗研究。首先,針對微細電化學放電線切割加工方法,分析了加工過程中,氣膜的形成過程、放電加工過程以及放電能量的分配渠道等,并使用ANSYS軟件對單次放電傳熱進行了建模仿真,通過高速攝像機對加工過程進行了觀察分析。發(fā)現(xiàn)放電的發(fā)生是高效蝕除材料的前提,且實際加工的放電凹坑小于仿真結果。主要原因是一部分能量會作用于放電通道附近的電解液。當加工工件以SiO_2為主要成分,且堿性溶液作為電解液時,化學反應也是材料去除的主要原理之一,所以加工表面存在很多溝渠現(xiàn)象。其次,搭建了基于電極絲與工件之間的接觸力為反饋信號的控制進給的電化學放電線切割加工(WECDM)實驗平臺,建立了電極絲與工件之間的力與位移的模型分析,并在該實驗平臺上采用潤濕的供液方式對石英材料進行了加工實驗,探究了不同電壓類型、進給速度、接觸力等加工參數(shù)對加工效果的影響規(guī)律。在該實驗平臺上加工得到的微槽槽寬約180μm,表面均勻,且相對于開環(huán)控制進給方式,減少了過切現(xiàn)象,驗證了基于力信號反饋控制進給方式的實用性和穩(wěn)定性。在以上搭建的實驗平臺上,通過分析材料蝕除的三個階段,分別提出了“進給-靜止-回退”控制策略和基于PID算法的控制策略,并對進給軸速度和力信號進行了采集分析,通過調(diào)節(jié)PID參數(shù),達到了較好的控制效果。相對于前者,PID算法控制策略下的進給軸速度波動范圍變小,進給更加平穩(wěn)。從石英玻璃的加工實驗中可以看出,開環(huán)控制加工到深槽區(qū)域時,會出現(xiàn)壓絲狀況,導致加工無法繼續(xù),且加工表面質(zhì)量不佳;“進給-靜止-回退”控制策略下,加工效率隨著加工深度的增加而逐漸降低;而基于PID算法的控制策略下,加工效率較為穩(wěn)定,且運用PID算法的控制策略可以有效提高加工效率,顯著改善加工表面質(zhì)量。針對電化學放電線切割加工方法,設計了基于力信號反饋控制進給的模糊控制系統(tǒng),以加工過程中的力反饋信號以及其變化率作為輸入,根據(jù)加工實驗制定了模糊控制規(guī)則,將進給軸的進給速度作為輸出,并使用MATLAB軟件對該系統(tǒng)進行了仿真。在此基礎上,將模糊控制系統(tǒng)應用到了閉環(huán)控制進給的WECDM加工平臺上,并進行了微槽加工實驗。相較于PID算法控制,模糊控制系統(tǒng)有效的改善了微槽兩側的過切現(xiàn)象,加工得到的工件槽寬約160μm,且加工效率提高了大約五倍,驗證了模糊控制策略在電化學放電線切割加工過程中的實用性。
【圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論及意義、半導體和航空航天等領域科技的發(fā)展，工業(yè)陶瓷、光學玻著越來越重要的作用。因為石英、陶瓷等硬脆材料具有獨特點以及高脆性等，且相較于常見金屬材料，它們還具有難導與有機體相容等優(yōu)勢，故硬脆材料的應用十分廣泛，圖 1-材料在工業(yè)上的一些應用。料特殊的物理性能，使得其機械加工變得困難。因為傳統(tǒng)的削等，，在加工過程中存在宏觀切削力，因此很難實現(xiàn)微小零是特種加工方法應運而生[1]。

江南大學碩士學位論文理、氣膜的形成與厚度特征、放電強度等過程上；工藝參數(shù)方面主要包括電源參數(shù)、電解液種類和濃度、工具電極的形狀和轉(zhuǎn)速以及進給控制方法等；加工對象包括陶瓷、石英、復合材料等[18]。圖 1-3 為應用電化學放電加工方法對非導電硬脆材料進行加工得到的微型工件。
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB30

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 井孟凱;李屹;吳兵;;組合夾具在線切割加工中的柔性應用[J];裝備制造技術;2015年07期

2 高琴;;線切割加工切入切出點線痕的解決方案[J];機床與液壓;2012年14期

3 寧傳華;黃躍;;線切割加工中斷絲的原因分析與預防[J];南方農(nóng)機;2011年05期

4 楊峰;;模具線切割加工產(chǎn)生變形和開裂的原因和對策[J];科技視界;2011年03期

5 亢華;;基于線切割加工過程斷絲現(xiàn)象的研究[J];科技信息;2008年31期

6 周年江;;線切割加工中的工件裝夾方法[J];金屬加工(冷加工);2008年14期

7 劉曉翠;張曉燕;張育愷;;線切割加工中質(zhì)量問題分析及對策[J];煤礦機械;2008年08期

8 Mark Albert;;線切割加工的發(fā)展前景[J];現(xiàn)代制造;2007年08期

9 李志喬;周增賓;;CAXA線切割加工軟件使用中的幾個問題[J];電加工與模具;2007年04期

10 吳長有;趙秋霞;;工作液對線切割加工的影響及應用[J];職業(yè)技術;2006年18期

相關會議論文 前10條

1 朱寧;朱衛(wèi)根;汪喜旺;莊昌華;陸曉淳;;電極絲相關控制參數(shù)對單向走絲線切割加工效果的影響[A];第13屆全國特種加工學術會議論文集[C];2009年

2 賈天倬;;應力平衡理論及在線切割加工中的應用[A];中國電子學會生產(chǎn)技術分會電加工專業(yè)委員會第六屆學術年會論文集[C];2000年

3 李良松;周洪偉;;線切割加工在新產(chǎn)品研制中的應用[A];第四屆全國電加工學術會議論文集[C];1983年

4 崔俊;;論磁化水在線切割加工中的應用[A];第五屆全國電加工學術年會論文集（線切割加工篇）[C];1986年

5 俞斌偉;;單葉雙曲線切割加工[A];第五屆全國電加工學術年會論文集（線切割加工篇）[C];1986年

6 于學文;;電火花線切割加工的十年[A];第六屆全國電加工學術年會論文集[C];1989年

7 ;對高速走絲線切割加工發(fā)展方向的十點共識[A];第七屆全國電加工學術年會論文集[C];1993年

8 賈天倬;;應力平衡理論及在線切割加工中的應用[A];陜西省機械工程學會電加工分會第七屆學術年會論文集[C];2000年

9 潘春榮;羅慶生;;基于圖形平移變換宏指令的低速走絲線切割加工方式的研究[A];特種加工技術——2001年中國機械工程學會年會暨第九屆全國特種加工學術年會論文集[C];2001年

10 張長征;;矩形波定電壓線切割加工的工藝規(guī)律[A];特種加工技術——2001年中國機械工程學會年會暨第九屆全國特種加工學術年會論文集[C];2001年

相關重要報紙文章 前2條

1 本報記者 蘭海俠;LSWEDM市場得寵 國內(nèi)企業(yè)機遇與挑戰(zhàn)并重[N];機電商報;2006年

2 楊健 龔麗;立足崗位建功立業(yè)[N];中國航空報;2005年

相關博士學位論文 前3條

1 王俊棋;大氣和水霧介質(zhì)中往復走絲線切割加工機理及實驗研究[D];哈爾濱理工大學;2018年

2 張立新;工程陶瓷回轉(zhuǎn)表面的線切割加工技術[D];吉林大學;2009年

3 豆尚成;變厚度電火花線切割加工過程控制系統(tǒng)[D];上海交通大學;2013年

相關碩士學位論文 前10條

1 石子燦;電化學放電線切割加工過程控制系統(tǒng)研究[D];江南大學;2018年

2 王佑;水平走絲微細線切割加工裝置的研制[D];上海交通大學;2014年

3 蘇健;線切割加工中等能量脈沖控制技術的研究[D];廣東工業(yè)大學;2005年

4 樊海明;線切割加工放電狀態(tài)檢測與控制技術的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2008年

5 顧杰;成形車刀線切割加工軟件的開發(fā)[D];江南大學;2008年

6 崔亞超;復雜曲面線切割系統(tǒng)開發(fā)及加工質(zhì)量控制[D];佳木斯大學;2014年

7 王攀;大直徑鏈輪線切割加工系統(tǒng)的研究[D];吉林大學;2013年

8 王冬;空間曲面零件線切割加工系統(tǒng)開發(fā)及應用研究[D];佳木斯大學;2009年

9 章愷;太陽能多晶硅片電解磨削多線切割加工試驗研究[D];南京航空航天大學;2016年

10 楊業(yè)成;微細電火花線切割加工裝置的研制[D];廣東工業(yè)大學;2017年

本文編號：2638856