【摘要】：顆粒型復(fù)合材料因其在金屬基體材料內(nèi)加入硬質(zhì)顆粒,使得其力學(xué)性質(zhì)得到有效的強(qiáng)化。因此,具有良好機(jī)械性能的顆粒型復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于航空航天、加工制造等領(lǐng)域。由于顆粒型復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高硬度等特點(diǎn),傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法進(jìn)行加工比較困難,而且加工效率低。電火花加工技術(shù)避開了接觸加工而產(chǎn)生的一些弊端,被認(rèn)為是加工顆粒型復(fù)合材料的有效手段。但目前對(duì)于其材料蝕除機(jī)理的研究甚少,影響了其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。因此,本文從材料的熱蝕及拋出機(jī)理進(jìn)行討論與分析,并對(duì)不同電加工參數(shù)和電極材質(zhì)等方面對(duì)顆粒型復(fù)合材料電火花加工材料熱蝕及拋出、顆粒夾帶的運(yùn)動(dòng)過程以及放電凹坑形成的影響進(jìn)行了研究。(1)對(duì)電火花加工單脈沖放電能量、熱源以及拋出作用機(jī)理進(jìn)行分析,建立單脈沖電火花加工熱源的數(shù)學(xué)模型。基于自由射流的原理、氣體流動(dòng)理論以及津格爾蔓的激波壓力公式進(jìn)行整理和推導(dǎo),最終得出關(guān)于電火花加工金屬蒸汽炬力的數(shù)學(xué)表達(dá)式,作為電火花加工材料拋出過程的仿真基礎(chǔ)�？紤]顆粒型復(fù)合材料的多相特性,建立顆粒型復(fù)合材料電火花加工材料蝕除過程的仿真模型。(2)對(duì)顆粒型復(fù)合材料單脈沖放電材料熱蝕過程進(jìn)行仿真,分析了隨著脈沖時(shí)間的進(jìn)行工件溫度場(chǎng)分布以及熔池在半徑和深度方向尺寸的變化情況,并研究峰值電壓、脈沖寬度以及電極材質(zhì)對(duì)工件材料表面產(chǎn)生熔池尺寸的影響。通過仿真結(jié)果的對(duì)比分析得出相應(yīng)的規(guī)律。(3)基于材料熱蝕仿真結(jié)果所產(chǎn)生的熔池,考慮熔池內(nèi)顆粒和熔融金屬基體材料的固流耦合環(huán)境,進(jìn)行單脈沖放電材料拋出過程分析。得到當(dāng)金屬蒸汽炬沖擊熔池時(shí),其產(chǎn)生沖擊波的速度場(chǎng)分布以及顆粒與金屬基體的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程。并研究了峰值電壓、脈沖寬度與電極材質(zhì)產(chǎn)生的蒸汽炬力對(duì)材料去除的影響,得到隨著峰值電壓、脈沖寬度的增大以及電極材質(zhì)不同,放電凹坑半徑和深度的變化規(guī)律。對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明仿真模型在半徑方向誤差小于10%,模型能夠相對(duì)較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)放電凹坑尺寸及形貌。
【圖文】：

又具有很高的耐磨和耐熱性能，采用顆粒型復(fù)合材料制成的航空零部件其使逡逑用壽命是傳統(tǒng)金屬或合金材料的幾到幾十倍，因此逐漸成為材料研發(fā)和制造領(lǐng)域的研宄逡逑熱點(diǎn)，如圖１所示。典型的顆粒型復(fù)合材料有ＳｉＣｐ／Ａｌ，Ａ１２０３／Ａ１，ＳｉＣＰ／Ｍｇ，邋Ｂ４ＣＰ／Ｍｇ，逡逑ＴｉＣ／Ｔｉ，ＷＣ／Ｎｉ等，其顆粒的尺寸一般在ｌｐｍ？ｌ0ｎｍ［１—３］。逡逑灥．．＇二逡逑（ａ）顆粒型復(fù)合材料剎車片邐（ｂ）顆粒型復(fù)合材料飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體逡逑圖１．１顆粒型復(fù)合材料的應(yīng)用逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｐａｒｔｉｃｌｅ邋Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ邋Ｍｅｔａｌ邋Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋Ｍａｔｅｒｉａｌ逡逑雖然顆粒型復(fù)合材料有如此多的優(yōu)點(diǎn)，但是由于其內(nèi)部的硬質(zhì)顆粒使得加工帶來巨逡逑大的困難，采用常規(guī)機(jī)械加工方法除了會(huì)在切削過程中產(chǎn)生高溫和高應(yīng)力外，還會(huì)引起逡逑劇烈的刀具磨損，導(dǎo)致加工條件惡化，刀具壽命短，加工效率低等問題，加工精度和表逡逑面質(zhì)量難以保證。尤其當(dāng)硬質(zhì)顆粒含量較高時(shí)，加工精度和表面質(zhì)量難以保證，嚴(yán)重影逡逑響其加工效率，甚至無法對(duì)其進(jìn)行加工［４］。并且當(dāng)考慮制造十分復(fù)雜的腔型結(jié)構(gòu)的零件逡逑時(shí)，傳統(tǒng)的加工方法也無法滿足加工需求。除了考慮刀具參數(shù)，在加工工藝方面，由于逡逑顆粒型復(fù)合材料零件主要通過燒結(jié)成型的制備方法

汽炬力的數(shù)學(xué)模型逡逑電火花加工過程中金屬蒸汽產(chǎn)生的研宄相對(duì)較少，查閱大量文獻(xiàn)得到關(guān)高溫的汽化過程。金屬蒸汽產(chǎn)生的主要機(jī)理可簡(jiǎn)單敘述如下，產(chǎn)生金屬周期內(nèi)的變化可分為４個(gè)階段：即材料蒸發(fā)階段、金屬蒸汽激增階段、離階段、分離后的金屬蒸汽團(tuán)逐漸消散階段。這里可以把蒸汽炬力作用為：在一次火花放電加工過程中，由于放電通道內(nèi)部高溫可使得電極端汽化，如此快的蒸發(fā)速度足以產(chǎn)生大量蒸汽和能量以及非常大的沖擊壓）。汽化金屬材料克服電極的金屬表面張力作用，射出電極端面并對(duì)相生強(qiáng)大的沖擊效果，熔融態(tài)的金屬基體材料和顆粒材料被沖擊離開熔池的去除。逡逑電火花加工中蒸汽炬力的大小如何確定，，國內(nèi)外學(xué)者在此方面做的研究［３２＞４４］可以了解到，當(dāng)激光束照射作用在鋁材料表面時(shí)，由于金屬的汽化瞬間膨脹并噴離鋁靶表面。產(chǎn)生的金屬蒸汽的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)類似于從小孔噴態(tài)。如圖２．４所示，為激光與鋁靶相互作用產(chǎn)生點(diǎn)源輻射并在靶上燒出
【學(xué)位授予單位】：大連交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG661;TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2644966