微細電火花加工通過極間放電產(chǎn)生的瞬時高溫進行材料蝕除。加工過程中,由于電極與工件之間宏觀作用力微弱,因此電極的微細程度可以大幅提升。同時由于不受材料硬度、強度和脆性等物理屬性的限制,其對合金材料、復(fù)合材料和半導(dǎo)體材料等眾多難加工材料仍表現(xiàn)出良好的加工性能。憑借這些技術(shù)優(yōu)勢,微細電火花加工技術(shù)在軍用和民用制造領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。然而,微細電火花加工中存在加工效率低、電極損耗大以及加工質(zhì)量難以控制等問題,而這些問題與目前所采用的旋轉(zhuǎn)電極加工方式有著一定的關(guān)系。通過查閱大量文獻,本文提出一種超聲平動電極微細電火花加工新方法,并進行了超聲平動電極驅(qū)動裝置的研制。在此基礎(chǔ)上,通過仿真和試驗相結(jié)合的方法,對超聲平動電極微細電火花加工特性進行了深入的研究。本文研究工作對于提高微細電火花加工性能和拓展其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的理論和實際意義。首先,本文基于壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)設(shè)計了雙夾心換能器式超聲平動電極驅(qū)動裝置。針對工作模態(tài)頻率一致性和抗干擾性兩方面的設(shè)計要求,采用中心復(fù)合設(shè)計和響應(yīng)面法建立了設(shè)計指標與關(guān)鍵尺寸變量之間的數(shù)學(xué)模型,并通過遺傳算法實現(xiàn)了驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化。采用有限元仿真方法對驅(qū)動裝置進... 

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題來源、背景及研究目的意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 課題研究背景
        1.1.3 課題研究目的意義
    1.2 微細電火花加工特性國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 提高材料蝕除效率方面
        1.2.2 減小電極損耗方面
        1.2.3 改善表面質(zhì)量與加工精度方面
    1.3 超聲二維平動裝置國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述
    1.5 課題主要研究內(nèi)容
第2章 超聲平動電極驅(qū)動裝置研制與試驗平臺搭建
    2.1 引言
    2.2 超聲平動電極驅(qū)動裝置設(shè)計
        2.2.1 驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)方案及工作原理
        2.2.2 驅(qū)動裝置電壓激勵方式及運動分析
        2.2.3 驅(qū)動裝置材料的選擇
    2.3 驅(qū)動裝置尺寸優(yōu)化
        2.3.1 優(yōu)化原則及參數(shù)靈敏度分析
        2.3.2 基于響應(yīng)面法的數(shù)學(xué)模型建立
        2.3.3 基于遺傳算法的驅(qū)動裝置尺寸優(yōu)化
    2.4 驅(qū)動裝置動力特性仿真分析
        2.4.1 驅(qū)動裝置模態(tài)分析
        2.4.2 驅(qū)動裝置諧響應(yīng)分析
        2.4.3 驅(qū)動裝置瞬態(tài)分析
    2.5 驅(qū)動裝置測試與試驗平臺搭建
        2.5.1 驅(qū)動裝置阻抗特性測試
        2.5.2 驅(qū)動裝置振幅輸出特性測試
        2.5.3 超聲平動電極微細電火花加工試驗平臺搭建
    2.6 本章小結(jié)
第3章 超聲平動電極加工間隙放電穩(wěn)定性研究
    3.1 引言
    3.2 微孔加工間隙流場與放電屑運動仿真研究
        3.2.1 三維幾何模型建立與網(wǎng)格劃分
        3.2.2 控制方程
        3.2.3 邊界條件設(shè)置
        3.2.4 間隙流場仿真結(jié)果分析
        3.2.5 放電屑運動仿真結(jié)果分析
    3.3 基于有限-連續(xù)脈沖試驗的極間放電穩(wěn)定性研究
        3.3.1 有限-連續(xù)脈沖放電試驗裝置
        3.3.2 有限-連續(xù)脈沖放電穩(wěn)定性表征
        3.3.3 極間放電穩(wěn)定性影響因素研究
        3.3.4 電極超聲平動對極間放電穩(wěn)定性的影響
    3.4 流場仿真與放電穩(wěn)定性實驗驗證
        3.4.1 大深徑比微孔加工實驗
        3.4.2 微型腔銑削加工實驗
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于溫度場仿真的超聲平動電極損耗特性研究
    4.1 引言
    4.2 電極表面單脈沖放電溫度場仿真模型建立
        4.2.1 移動高斯熱源模型
        4.2.2 三維仿真模型建立及基本假設(shè)
        4.2.3 控制方程及邊界條件設(shè)置
    4.3 電極表面放電點溫度場仿真結(jié)果分析
        4.3.1 電極表面最高溫度
        4.3.2 熔融區(qū)和熱影響區(qū)深度
        4.3.3 加工參數(shù)對溫度場分布的影響
    4.4 陰極表面放電凹坑滑動分析
    4.5 電極損耗特性工藝試驗研究
        4.5.1 CCD原位測量系統(tǒng)
        4.5.2 陣列微孔加工電極損耗規(guī)律
        4.5.3 分層銑削加工電極損耗率
    4.6 本章小結(jié)
第5章 電極超聲平動對表面質(zhì)量和加工尺寸一致性影響研究
    5.1 引言
    5.2 電極超聲平動對加工表面質(zhì)量影響研究
        5.2.1 對表面粗糙度的影響
        5.2.2 對表面殘余應(yīng)力的影響
    5.3 電極超聲平動對蝕除深度誤差影響研究
        5.3.1 微槽銑削蝕除深度影響因素分析
        5.3.2 試驗方法和條件
        5.3.3 蝕除深度系數(shù)數(shù)學(xué)模型建立
    5.4 電極超聲平動對陣列微結(jié)構(gòu)尺寸一致性影響研究
        5.4.1 陣列微孔加工試驗研究
        5.4.2 微表面織構(gòu)加工試驗研究
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷


【參考文獻】：
期刊論文
[1]在微細電火花銑削中介質(zhì)對電極損耗的影響(英文)[J]. 曾昭奇,王玉魁,王振龍,單德彬.  納米技術(shù)與精密工程. 2012(01)
[2]削邊電極深小孔微細電火花間隙流場仿真研究[J]. 張雷,王玉魁,耿雪松,王振龍.  電加工與模具. 2011(03)
[3]單激勵超聲橢圓振動車削薄壁筒實驗研究[J]. 李勛,張德遠.  航空學(xué)報. 2006(04)
[4]點空間分析——分維與均勻度[J]. 羅傳文.  科技導(dǎo)報. 2004(10)
[5]微米和中間尺度機械制造[J]. 孫雅洲,梁迎春,程凱.  機械工程學(xué)報. 2004(05)
[6]電火花加工表面層殘余應(yīng)力的理論和實驗研究[J]. 田洪宇,陸紀培.  電加工. 1993(01)

博士論文
[1]基于熱-流耦合分析的電火花加工材料蝕除及表面質(zhì)量研究[D]. 唐佳靜.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[2]鈦合金超精切削金剛石刀具磨損及其超聲振動抑制的研究[D]. 胡林華.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[3]微細電火花加工微噴陣列孔孔徑一致性及相關(guān)裝置的研究[D]. 朱國征.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[4]壓電自適應(yīng)微細電火花加工技術(shù)及機理研究[D]. 付秀琢.山東大學(xué) 2012



本文編號：3717672