本文關(guān)鍵詞：氮化硅陶瓷的電火花精加工研究

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【摘要】：氮化硅絕緣陶瓷因其具有耐高溫、強(qiáng)度高等優(yōu)異性能而具有廣闊的應(yīng)用前景,在其被燒結(jié)成型后需要進(jìn)一步對其加工以提高其精度,才能被投入到高科技產(chǎn)業(yè)中去,然而由于其硬度高、脆性大,傳統(tǒng)機(jī)械加工方法較難對其進(jìn)行加工,影響了其在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用,因此急需尋找一種加工方法來解決其難加工的問題。電火花加工由于不受材料的綜合機(jī)械性能(如硬度和脆性)的影響,適合用于氮化硅絕緣陶瓷的加工。本文以提高氮化硅陶瓷的加工精度為主要目的,利用浸液式電火花成型機(jī)床,對氮化硅陶瓷電火花加工的放電狀態(tài),氮化硅陶瓷電火花加工的去除方式,導(dǎo)電膜的形成,氮化硅陶瓷電火花加工的工藝規(guī)律,加工參數(shù)的優(yōu)化進(jìn)行了研究。介紹并分析了基于輔助電極法的絕緣陶瓷電火花加工的原理,通過大量對比紫銅材料和氮化硅絕緣陶瓷電火花加工的放電波形,發(fā)現(xiàn)在紫銅材料的電火花加工時,其火花放電的維持電壓基本保持不變,測得其值為17V。而氮化硅絕緣陶瓷的電火花加工放電波形較為復(fù)雜,其火花放電狀態(tài)的維持電壓較高且其值變化范圍較大,將氮化硅絕緣陶瓷電火花加工的放電狀態(tài)分為7種,包括空載、高阻火花放電、低阻火花放電、高阻短路、低阻短路等5種基本放電狀態(tài),以及由高阻火花放電變?yōu)榈妥杌鸹ǚ烹姾陀筛咦瓒搪纷優(yōu)榈妥瓒搪返?種組合放電波形。利用掃描電子顯微鏡對氮化硅陶瓷電火花加工表面形貌進(jìn)行觀察并利用能譜儀檢測其表面成分,經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),導(dǎo)電膜中有碳化硅生成。研究了氮化硅絕緣陶瓷電火花加工的去除方式,主要是熔化、氣化及熱應(yīng)力去除。分析了氮化硅陶瓷材料的電火花加工單脈沖放電的熱源模型、熱邊界條件和放電通道半徑等,使用有限元軟件ANSYS對氮化硅絕緣陶瓷的電火花加工單脈沖放電溫度場模擬,研究了脈寬和峰值電流對溫度分布和凹坑尺寸的影響。進(jìn)行了氮化硅陶瓷電火花加工單因素試驗(yàn),并展開了峰值電流、脈寬、脈間、伺服參考電壓、抬刀速度、抬刀高度和電極加工時間對側(cè)面間隙、材料去除率、電極損耗率、表面粗糙度的影響規(guī)律的研究。設(shè)計(jì)了正交試驗(yàn),采用信噪比和灰關(guān)聯(lián)分析方法對工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析,獲得了保證較高的加工精度、較高的加工效率、較低的表面粗糙度和較小的電極損耗率的工藝參數(shù)組合,實(shí)現(xiàn)了電火花加工工藝參數(shù)的優(yōu)化,并利用試驗(yàn)驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果,經(jīng)優(yōu)化后側(cè)面間隙值可以達(dá)到10.143μm。
【關(guān)鍵詞】：氮化硅陶瓷 電火花 加工精度 參數(shù)優(yōu)化 去除方式 溫度場分布
【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】：2015
【分類號】：TG661
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題背景及研究意義9-10
• 1.2 陶瓷材料的電火花加工技術(shù)研究現(xiàn)狀10-18
• 1.2.1 導(dǎo)電性陶瓷材料的電火花加工技術(shù)研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.2 絕緣陶瓷材料的電火花加工技術(shù)研究現(xiàn)狀13-18
• 1.3 主要研究內(nèi)容18-19
• 第2章 氮化硅陶瓷電火花加工原理和去除方式研究19-31
• 2.1 絕緣陶瓷輔助電極法電火花加工原理19-21
• 2.2 脈沖放電波形的特點(diǎn)與分析21-24
• 2.2.1 加工紫銅輔助電極時電壓和電流波形21
• 2.2.2 加工氮化硅陶瓷時電壓和電流波形21-24
• 2.3 氮化硅陶瓷電火花加工表面成分分析及去除方式分析24-30
• 2.3.1 氮化硅陶瓷原始表面成分24-25
• 2.3.2 氮化硅陶瓷電火花加工表面成分及去除方式分析25-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第3章 氮化硅陶瓷材料單脈沖放電溫度場仿真研究31-44
• 3.1 單脈沖放電溫度場仿真模型的建立31-35
• 3.1.1 仿真中的假設(shè)條件31-32
• 3.1.2 單脈沖放電時的熱源分析32-34
• 3.1.3 放電等離子體通道半徑的計(jì)算34-35
• 3.1.4 極間放電能量分配35
• 3.2 氮化硅陶瓷電火花加工溫度場仿真分析35-38
• 3.2.1 幾何模型的建立35-37
• 3.2.2 材料的物性參數(shù)37
• 3.2.3 熱傳導(dǎo)邊界條件37-38
• 3.3 仿真結(jié)果分析與討論38-43
• 3.3.1 峰值電流對材料蝕除的影響38-40
• 3.3.2 脈寬對材料蝕除的影響40-42
• 3.3.3 峰值電流和脈寬綜合作用對材料蝕除的影響42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第4章 氮化硅陶瓷電火花加工試驗(yàn)研究及參數(shù)優(yōu)化44-68
• 4.1 試驗(yàn)裝置及條件44-45
• 4.2 氮化硅陶瓷電火花加工工藝試驗(yàn)研究45-56
• 4.2.1 峰值電流對氮化硅陶瓷電火花加工的影響45-47
• 4.2.2 脈寬氮化硅陶瓷電火花加工的影響47-48
• 4.2.3 脈間對氮化硅陶瓷電火花加工的影響48-50
• 4.2.4 伺服參考電壓對氮化硅陶瓷電火花加工的影響50-52
• 4.2.5 抬刀速度對氮化硅陶瓷電火花加工的影響52-53
• 4.2.6 抬刀高度對氮化硅陶瓷電火花加工的影響53-54
• 4.2.7 電極加工時間對氮化硅陶瓷電火花加工的影響54-56
• 4.3 氮化硅絕緣陶瓷的電火花正交試驗(yàn)研究及參數(shù)優(yōu)化56-66
• 4.3.1 正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)56-58
• 4.3.2 基于信噪比的加工工藝單目標(biāo)優(yōu)化58-62
• 4.3.3 基于信噪比與灰關(guān)聯(lián)度的加工工藝多目標(biāo)優(yōu)化62-66
• 4.4 本章小結(jié)66-68
• 結(jié)論68-69
• 參考文獻(xiàn)69-75
• 致謝75

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 郭永豐,黃榮和,李常偉,劉晉春;非導(dǎo)電材料的電化學(xué)電火花復(fù)合加工工藝研究[J];電加工;1998年06期

2 余建軍;任治軍;王輝;;先進(jìn)焊接工裝夾具及其在機(jī)械裝備制造業(yè)中的應(yīng)用[J];機(jī)床與液壓;2011年12期

3 楊亮亮;謝志鵬;李雙;宋明;;氣壓燒結(jié)氮化硅陶瓷的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J];陶瓷學(xué)報;2014年05期

4 劉永紅,劉晉春;非導(dǎo)電陶瓷材料電解電火花打孔工藝[J];制造技術(shù)與機(jī)床;1998年10期

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本文編號：1106182