【摘要】：當使用電火花線切割技術(shù)切割工件時,材料是通過熔化和汽化被去除的,由于這樣的材料去除機理,電火花切割后的工件表面布滿著無數(shù)火花凹坑和再凝固物質(zhì)組成的重鑄層,導(dǎo)致工件表面質(zhì)量不高。重鑄層對材料的其他性能,例如疲勞強度,抗腐蝕性能和使用壽命也會造成不良的影響。針對此問題,本文研究去除電火花切割工件表面凹坑和再凝固物質(zhì)的方法,提高工件表面質(zhì)量。針對電火花切割金屬導(dǎo)電材料,提出電火花-電解復(fù)合線切割(Wire Electrical Discharge-Electrochemical Machining,WEDCM)的方法,將電解加工和電火花切割結(jié)合起來,利用電解陽極溶解的方法去除電火花切割工件表面產(chǎn)生凹坑和再凝固物質(zhì),提高工件表面質(zhì)量。分析WEDCM改善表面形貌和粗糙度的機理并進行了實驗驗證。分析了電解階段電極絲的進給速度和工件在電極絲兩次進給之間的移動距離,對工件最終表面質(zhì)量的影響;探索了電極絲在電解階段采用高速、多次進給的情況下提高工件表面質(zhì)量的方法。針對WEDCM方法工藝復(fù)雜的問題,提出慢速進給-WEDCM以簡化其工藝過程,并進行了實驗研究;對比了WEDCM和慢速進給-WEDCM對于提高工件表面質(zhì)量的差異。隨后,基于雙電層模型和法拉第定律,針對WEDCM和慢速進給-WEDCM兩種方法建立起分析模型,在WEDCM方法中,模型建立目標是為了確定在電解階段電極絲合適的進給速度。研究得到了在相同厚度再凝固物質(zhì)需要被溶解的條件下電極絲在電解階段的進給速度和工件移動距離之間的關(guān)系,以及它們對工件表面質(zhì)量的影響規(guī)律,并且得到了工件為了獲得良好的表面質(zhì)量,電極絲在電解階段的進給速度和工件移動距離的合理的取值范圍。在慢速進給-WEDCM方法中,通過建立模型找到電極絲合適的進給速度從而利用電解溶解來去除再凝固物質(zhì)提高工件表面質(zhì)量。研究了電極絲進給速度對工件表面質(zhì)量的影響及合理的取值范圍。分析了工件表面條紋的成分和產(chǎn)生的原因,以及條紋去除的方法和原理。對兩種方法的模型進行了實驗驗證,并且對誤差進行了分析。結(jié)果表明,計算模型能夠反應(yīng)兩種加工方法中電極絲合適的進給速度。兩種模型的誤差均來自于加工過程中電極絲的振動而導(dǎo)致加工的不穩(wěn)定性。由于電解加工無法加工半導(dǎo)體材料,因此針對半導(dǎo)體材料的電火花切割,提出了線鋸-電火花復(fù)合切割(Wire Saw WEDM,W-WEDM)半導(dǎo)體去除表面凹坑和再凝固物質(zhì),在切割過程中,采用帶有金剛石磨粒的線鋸絲作為工具,并使線鋸絲和工件相互接觸,使用火花放電和金剛石磨粒共同去除材料,進而去除電火花切割后產(chǎn)生的凹坑和再凝固物質(zhì)。首先從理論上分析了W-WEDM的原理,隨后用實驗驗證了其可行性,對W-WEDM的材料去除機理進行了分析,是電火花和金剛石磨粒共同去除材料的,由于有金剛石磨粒的磨削作用,W-WEDM能夠去除電火花切割產(chǎn)生的火花凹坑和再凝固物質(zhì),降低電火花切割工件表面粗糙度。同時結(jié)合相關(guān)實驗,對三種切割方法,即W-WEDM、線鋸切割和WEDM在切割效率、表面元素殘留、切縫寬度、線鋸絲的磨損等方面進行了對比。
【圖文】：

研究背景加工加工(Electrical discharge machining,EDM)是一種常見的特種加工方造、機械加工等行業(yè)，一般可以分為電火花成型加工(EDM)和電trical discharge machining,WEDM)。電火花加工最早可以追溯到 17oseph Priestly 發(fā)現(xiàn)了放電產(chǎn)生火花的侵蝕現(xiàn)象[1]。然而直到 1943 年enko 夫婦才發(fā)明了電火花加工。到 1980 年代，隨著數(shù)控機床加工時在加工效率上得到了很大的提高[1]�；鸹庸ぶ胁牧系娜コ夹g(shù)仍有爭議，但目前廣泛接受的電火花加基礎(chǔ)的材料去除機理，即電火花加工是一個熱的過程，材料去除是量的熱來去除的。圖 1-1 所示的是電火花加工的原理。

000℃，甚至高達 20，000℃，遠遠高于常見材料的熔于熔化和汽化從而被去除[3; 4]，如圖 1-1(d)所示。兩極間的每一次材料，每次放電去除材料的體積的大約為 10-6-10-4mm3，材料去除mm3/min 之間[1]，材料去除后，工件表面上會形成放電凹坑。在加極間每次只會產(chǎn)生一個電火花[5]，即單通道放電（加工半導(dǎo)體材料）。但是火花產(chǎn)生的頻率可以達到每秒 2000~500,000 次，因此在電火起來在一瞬間有很多的火花同時產(chǎn)生[5]。在放電的最終階段，等離介質(zhì)氣體爆炸，從兩極的材料中噴射出材料形成碎屑，由于工作液的帶走，本次放電結(jié)束，，如圖 1-1(e)所示。電火花在加工過程中，材當中去除的，而且從電極當中也進行了去除，因此電極會產(chǎn)生磨極和工件當中同時去除材料的，這樣會增大電極和工件之間的距離在兩極之間更近的點發(fā)生的，如圖 1-1(f)所示。這個加工過程反復(fù)線切割（WEDM）是傳統(tǒng)電火花加工的一種特殊形式，它是一種加工的變體，圖 1-2 是它的切割原理。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN305

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本文編號：2624475