大氣和水霧介質(zhì)中線切割加工是以大氣和水霧作為加工介質(zhì),取代了傳統(tǒng)的液體介質(zhì),符合綠色制造的潮流,具有廣闊的應(yīng)用前景。由于大氣和水霧中線切割加工提高了表面質(zhì)量和加工效率,因而受到了廣泛關(guān)注,為線切割加工工藝開辟了新的途徑。但大氣和水霧介質(zhì)在物理、化學(xué)性能等方面與傳統(tǒng)的液體介質(zhì)存在著較大的差異,其放電加工性能不同于液中加工,因而有必要對大氣和水霧介質(zhì)中線切割加工的放電機理、極間放電特性、材料蝕除機理和加工工藝特性進行系統(tǒng)的研究。本文對大氣和水霧介質(zhì)中線切割加工機理和極間放電特性進行了深入分析。大氣放電是由湯遜擊穿開始,逐步發(fā)展到流注擊穿的過程;水霧介質(zhì)由于霧滴的存在,極間電場發(fā)生畸變,致使擊穿電壓比大氣中低,放電間隙增大;根據(jù)不同放電狀態(tài)對應(yīng)不同的電壓和電流特點,提出粒子群優(yōu)化支持向量機的放電狀態(tài)檢測技術(shù)來實時辨別各類放電狀態(tài),基于LABVIEW平臺設(shè)計并搭建了放電狀態(tài)檢測系統(tǒng),并在往復(fù)走絲線切割機床上利用該系統(tǒng)實現(xiàn)了不同介質(zhì)中放電狀態(tài)的在線檢測,這為進一步研究大氣和水霧加工機理提供了一種新的手段。對大氣中線切割單脈沖放電進行了仿真分析和材料蝕除量建模研究。建立了大氣中線切割單脈沖放電的溫度場模型,應(yīng)用有限元軟件對溫度場進行了仿真分析,得到了定脈寬不同峰值電流和定峰值電流不同脈寬下的電蝕坑大小和深度的變化規(guī)律;基于溫度場分析進行了熔融場分析,得到了單脈沖放電形成的電蝕坑形貌;對線切割連續(xù)脈沖放電時,加工表面形成的電蝕坑的疊加情況進行了深入的分析,得到了幾種電蝕坑均勻分布下的最大表面粗糙度和材料蝕除量的計算方法,為大氣中線切割連續(xù)放電加工材料蝕除機理的研究提供了一定的理論基礎(chǔ)。提出了多介質(zhì)組合的多次切割新工藝,即初次切割階段采用乳化液介質(zhì),過渡切割階段采用水霧介質(zhì)(蒸汽水霧或超聲水霧),最終切割階段采用大氣的多次切割新工藝;與均采用液體介質(zhì)的多次切割工藝相比,該新工藝方法不僅改善了加工表面質(zhì)量,還提高了切割速度和材料蝕除率,為提高線切割加工質(zhì)量提供了一條新途徑。研究了大氣和水霧介質(zhì)中往復(fù)走絲線切割精加工特性。對比分析了不同加工介質(zhì)中線切割精加工的表面粗糙度、切割速度、材料蝕除率、直線度和加工表面的微觀形貌等指標(biāo);并采用單因素實驗研究了脈沖寬度、峰值電流和水霧量等加工參數(shù)對水霧介質(zhì)中表面粗糙度等工藝指標(biāo)的影響規(guī)律,分析相關(guān)的影響機理;基于多因素實驗建立了水霧介質(zhì)中各工藝指標(biāo)的回歸模型,得到了各因素對工藝指標(biāo)的影響顯著性;并采用加權(quán)綜合評價法建立了綜合模型;為找到對線切割各工藝指標(biāo)都合適的參數(shù),采用多響應(yīng)曲面優(yōu)化法得到了優(yōu)化組合方案,提高了線切割整體的加工性能。
【學(xué)位單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG48
【部分圖文】：

而中走絲線切割機床(MS-WEDM)屬于往復(fù)走絲線切割機床范疇。往復(fù)走絲線切割機床是我國獨創(chuàng)的機種，性價比較高，目前全國約有二十多萬臺，是我國數(shù)控機床中廣泛應(yīng)用的機種之一。往復(fù)走絲線切割加工示意圖如圖1-1所示，其電極絲作往復(fù)運動，走絲速度一般為 6-12m/s，由于高速走絲，極間蝕除產(chǎn)物容易排出，適合于大厚度工件加工和高速切割，是我國電加工行業(yè)的主要發(fā)展機型之一。圖1-1 往復(fù)走絲線切割加工示意圖Fig.1-1 Schematic of high speed-wire cut electrical discharge machining傳統(tǒng)的電火花線切割加工大多采用單次切割，加工后的表面質(zhì)量和加工精度很難滿足精密制造的要求，而多次切割可以提高線切割的表面質(zhì)量和加工精度。由于單向走絲和中走絲線切割機床制造精度較高，絲速可調(diào)，采用多次切割后獲得的加工質(zhì)量和精度較高。經(jīng)近些年的探索，發(fā)現(xiàn)在往復(fù)走絲電火花線切割機床上進行?

第 1 章 緒論- 3 -圖1-2 氣中電火花加工原理[14]Fig.1-2 Processing principle of electrical discharge machining in gas[14]印度學(xué)者進行了大氣和油介質(zhì)中的微細電火花對比實驗研究[19]，實驗結(jié)果表明，與油介質(zhì)中加工相比，氣中加工在單次放電和連續(xù)放電時形成的電蝕坑深度都比較小。這是由于大氣的介電強度和介電常數(shù)比油介質(zhì)的小，對放電通道的壓縮能力較弱，通道內(nèi)部的能量低于油介質(zhì)，致使形成的電蝕坑深度較淺；另外，氣中加工工具電極和工件之間的靜電力小也是原因之一。西安工業(yè)大學(xué)分析了氣體介質(zhì)中放電修整金剛石砂輪的基本原理[20]，研究了氣中加工工藝參數(shù)對砂輪表面形貌的影響，發(fā)現(xiàn)普通空氣中電火花修整金剛石砂輪可行。哈爾濱工業(yè)大學(xué)進行了氣中與油中微細電火花加工的對比實驗研究[21]。實驗結(jié)果表明，油中微細電火花加工的速度較慢，氣中加工較快；氣中的電極相對損耗率較小，油中的大。山東大學(xué)研究了超聲振動對氣中電火花銑削的影響規(guī)律[22,23]

提出了霧中五軸電火花加工的間隙控制方法，研究結(jié)果表明，該方法使材料蝕除率提高了30%。圖1-3 霧中電火花銑削加工裝置[38]Fig.1-3 Processing equipment of EDM milling in mist[38]哈爾濱工業(yè)大學(xué)實驗研究了超聲噴霧電火花加工[41]，實驗結(jié)果表明，超聲噴霧加工相比于沖液加工，電極損耗率明顯減小，相比于空氣中加工，噴霧式電火花超聲銑削加工材料去除率大。南京航空航天大學(xué)以氧氣和自來水霧化后的氣霧為介質(zhì)，進行了與純氧中的放電燒蝕加工及內(nèi)沖液電火花加工的對比實驗研究[42]。實驗結(jié)果表明，相比于純氧氣和內(nèi)沖液中加工，霧介質(zhì)中加工的材料去除率明顯提高。天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)利用電火花成型機床進行了霧氣中修整青銅結(jié)合劑金剛石砂輪的實驗[43]。研究表明，霧狀介質(zhì)中修整金剛石砂輪可行，修整效果良好。上海交通大學(xué)分別在自來水和純水產(chǎn)生的霧介質(zhì)中進行電火花加工實驗[44]。研究發(fā)現(xiàn)以超聲霧化方式獲得的微細霧介質(zhì)，可有效降低短路率；同時還進行了側(cè)向噴霧加工實驗
【參考文獻】

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本文編號：2872315