本文關(guān)鍵詞：Ni-Al_2O_3功能梯度材料電火花加工仿真及實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：航天航空技術(shù)的進步促使材料向具有多性能、多功能的復(fù)合材料不斷發(fā)展。金屬-陶瓷功能梯度材料有機地將金屬材料導(dǎo)電、導(dǎo)熱、高強度的特性與陶瓷的絕緣、絕熱、耐磨損的特性結(jié)合在一起，成為一種具有極大實用潛力的復(fù)合材料。經(jīng)過近三十年的發(fā)展，金屬-陶瓷功能梯度材料無論從設(shè)計理念上、功能形式上還是制備方法上都取得了可喜的成就。然而由于金屬-陶瓷功能梯度材料的自身特點，其材料組成在空間上變化，無法采用基于刀具的傳統(tǒng)切削加工方法對其進行加工。囿于材料加工手段的限制，金屬-陶瓷功能梯度材料的應(yīng)用也受到了很大程度的制約。 為了解決金屬-陶瓷功能梯度材料加工困難的問題，亟需研發(fā)具有針對性的、適合于金屬-陶瓷功能梯度材料二次加工的特種加工方法。電火花加工充分利用了材料中金屬相可以導(dǎo)電的特點，可以作為金屬-陶瓷功能梯度材料二次加工的重要候選方法。 Ni-Al_2O_3功能梯度材料同時具有耐高溫、耐磨損的特性，不僅被廣泛當作熱應(yīng)力緩和材料以及抗沖擊緩和材料，，也是金屬-陶瓷功能梯度材料制備方法研究和測試方法研究中的常用材料。本文針對Ni-Al_2O_3功能梯度材料的電火花加工過程進行理論仿真以及實驗研究。 通過建立Ni-Al_2O_3功能梯度材料中梯度層電火花加工傳熱過程的有限元模型，從理論分析的角度去研究梯度層材料的電火花加工的材料去除方式。在理論分析的基礎(chǔ)之上進行了不同方面的實驗驗證，對具有較大陶瓷顆粒的金屬-陶瓷功能梯度材料的梯度層電火花加工的材料去除方式進行研究。對具有中等粒徑陶瓷顆粒的梯度材料以及較小粒徑顆粒的梯度材料進行了對比實驗，研究其材料去除方式與粒徑大小的關(guān)系。 在明確材料加工機理的基礎(chǔ)之上，對Ni-Al_2O_3功能梯度材料進行電火花線切割加工工藝試驗。研究在Ni-Al_2O_3功能梯度材料在電火花線切割加工中各層材料互相影響的特點，以及這種相互作用對材料加工效率和表面粗糙度的影響。 進行Ni-Al_2O_3功能梯度材料的電火花打孔實驗。采集不同層的材料加工過程中的典型電壓、電流波形。通過中心復(fù)合實驗設(shè)計，建立了各層材料的加工效率對電參數(shù)（電壓U，充電電流I，電容C）的響應(yīng)曲面模型。以提高材料加工效率為目標，進一步研究了加工所使用的加工參數(shù)對材料去除效率的影響。通過施加電極搖動的加工方式，增加了功能梯度材料純陶瓷層的加工深度。 本文從理論和實驗兩個方面對Ni-Al_2O_3功能梯度材料的電火花加工進行了研究，驗證了金屬-陶瓷功能梯度材料的可加工性。通過揭示其梯度層材料的電火花加工過程中材料去除方式以及加工中由于陶瓷顆粒的存在而產(chǎn)生的梯度層層間相互影響的特殊現(xiàn)象，為后續(xù)實現(xiàn)金屬-陶瓷功能梯度材料的電火花自適應(yīng)控制加工提供了基礎(chǔ)性的理論研究工作。
【關(guān)鍵詞】：金屬-陶瓷功能梯度材料 電火花加工 線切割 材料去除 仿真研究 實驗研究
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：V261.61
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題研究背景與課題來源10-11
• 1.1.1 課題研究背景10-11
• 1.1.2 本課題的現(xiàn)實意義11
• 1.1.3 課題來源11
• 1.2 金屬-陶瓷功能梯度材料的研究概況11-19
• 1.2.1 金屬-陶瓷功能梯度材料制備方法研究概況11-15
• 1.2.2 金屬-陶瓷功能梯度材料應(yīng)用領(lǐng)域概況15-17
• 1.2.3 陶瓷材料電火花加工技術(shù)的發(fā)展概況17-19
• 1.3 金屬-陶瓷功能梯度材料電加工中存在的主要問題19-20
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容20-22
• 第2章 Ni-Al_2O_3梯度層電加工材料蝕除有限元分析22-39
• 2.1 引言22
• 2.2 基于 ANSYS 的電火花加工材料蝕除過程分析簡介22-23
• 2.3 Ni-Al_2O_3功能梯度材料電火花加工有限元模型的建立23-27
• 2.3.1 幾何模型的建立與網(wǎng)格劃分23
• 2.3.2 放電通道半徑23-24
• 2.3.3 熱源形式24-25
• 2.3.4 邊界條件與初始條件25-26
• 2.3.5 ANSYS 求解電火花加工熱蝕除過程中材料的融化以及氣化26-27
• 2.4 模型的求解27-29
• 2.5 仿真結(jié)果討論及分析29-34
• 2.5.1 放電脈寬時間材料升溫過程分析29-31
• 2.5.2 放電脈間時間材料冷卻過程分析31-32
• 2.5.3 材料冷卻過程中材料內(nèi)部熱應(yīng)力分析32-34
• 2.5.4 梯度層材料電火花加工去除方式的討論34
• 2.6 Ni-Al_2O_3功能梯度材料梯度層材料去除方式的實驗驗證34-38
• 2.6.1 Ni-Al_2O_3功能梯度材料線切割加工后表面形貌34-36
• 2.6.2 加工后的切屑36-37
• 2.6.3 Ni-Al_2O_3功能梯度材料電火花加工材料去除方式37-38
• 2.7 本章小結(jié)38-39
• 第3章 Ni-Al_2O_3梯度材料線切割加工實驗研究39-56
• 3.1 實驗材料的選用與材料制備39-40
• 3.2 Ni-Al_2O_3功能梯度材料電火花線切割工藝實驗系統(tǒng)40-41
• 3.3 不同能量下梯度層的線切割加工41-44
• 3.4 不同能量下 Ni-Al_2O_3功能梯度材料線切割最大進給速度44-45
• 3.5 不同能量下 Ni-Al_2O_3功能梯度材料去除率45-48
• 3.6 Ni-Al_2O_3功能梯度材料線切割表面粗糙度48-52
• 3.6.1 梯度層的存在對 Ni 層加工后表面輪廓的影響48-50
• 3.6.2 Ni-Al_2O_3梯度材料加工后表面粗糙度隨加工能量的變化50-52
• 3.7 不同陶瓷顆粒粒徑的梯度材料的線切割加工52-55
• 3.7.1 陶瓷顆粒直徑 5μm 梯度材料加工53
• 3.7.2 陶瓷顆粒直徑 20μm 梯度材料加工53-55
• 3.8 本章小結(jié)55-56
• 第4章 Ni-Al_2O_3功能梯度材料電火花孔加工實驗研究56-69
• 4.1 引言56
• 4.2 Ni-Al_2O_3功能梯度材料電火花孔加工試驗56-61
• 4.2.1 工藝實驗條件56-57
• 4.2.2 電極搖動對純陶瓷層加工效率的影響57-59
• 4.2.3 不同層的加工后表面形貌以及典型放電波形59-61
• 4.3 Ni-Al_2O_3功能梯度材料電火花孔加工工藝研究61-68
• 4.3.1 工藝實驗設(shè)計61-62
• 4.3.2 實驗結(jié)果與響應(yīng)曲面模型62-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-71
• 參考文獻71-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文76-77
• 致謝77

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