發(fā)布時(shí)間：2020-03-21 15:32

【摘要】：短電弧銑削加工是特種加工技術(shù)范疇的一種方式,是一種非接觸式電加工方法,針對(duì)特殊性能合金材料行而有效。新型合金材料和新結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用到航空、航天及船舶等領(lǐng)域,對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)裝備的可生產(chǎn)性和可加工性提出更高的要求,采用常規(guī)機(jī)械加工難以勝任。對(duì)于加工高性能的合金材料,短電弧加工技術(shù)具有不受材料硬度限制等一些優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。近幾年來(lái),對(duì)于短電弧銑削加工理論的研究,停留在基礎(chǔ)層面上,這是由于短電弧銑削過(guò)程復(fù)雜性導(dǎo)致的。對(duì)于短電弧銑削加工蝕除過(guò)程的研究,更多的是在實(shí)驗(yàn)層面分析。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用到放電加工研究中,其中以有限元法為代表計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真軟件是研究其復(fù)雜過(guò)程較為有效的工具,短電弧銑削加工工件過(guò)程中進(jìn)行溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)仿真研究,并且通過(guò)實(shí)際銑削加工實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對(duì)仿真模型的正確性進(jìn)行驗(yàn)證,并對(duì)比分析。本文應(yīng)用ANSYS分析軟件,對(duì)短電弧銑削加工鎳基高溫合金進(jìn)行數(shù)值模擬研究,得到溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的仿真結(jié)果。通過(guò)對(duì)加工效率(材料蝕除量)與加工表面質(zhì)量等進(jìn)行分析研究,確定脈沖電壓和進(jìn)給速度為影響銑削過(guò)程的主要參數(shù)。結(jié)合短電弧實(shí)際銑削過(guò)程,為非線(xiàn)性瞬態(tài)熱分析過(guò)程。選擇適合短電弧銑削加工的熱源模型,建立模型并劃分網(wǎng)格,設(shè)定邊界條件,采用APDL語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)熱流密度的加載等一系列仿真過(guò)程,對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行求解分析。仿真結(jié)果表明:脈沖電壓增大,熱源移動(dòng)到模型中點(diǎn)的最高溫度呈現(xiàn)線(xiàn)性增加;進(jìn)給速度增加,熱源移動(dòng)到模型中點(diǎn)的最高溫度也隨之減少。通過(guò)對(duì)工件材料的熔點(diǎn)溫度設(shè)定,從而從仿真云圖中得出放電凹槽寬度、深度方向的尺寸變化規(guī)律大小。通過(guò)溫度場(chǎng)分析后,繼而對(duì)應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行順序求解。將求得的單元節(jié)點(diǎn)的溫度作為體載荷施加到結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析中去,從而得到短電弧銑削加工鎳基高溫合金數(shù)值仿真的殘余應(yīng)力的分布情況。利用短電弧數(shù)控機(jī)床進(jìn)行銑削實(shí)驗(yàn),與ANSYS軟件得到的溫度場(chǎng)仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明:短電弧銑削加工脈沖電壓越大,放電凹槽寬度和深度呈現(xiàn)一定規(guī)律的增大;隨著進(jìn)給速度的增大,放電凹槽的寬度和深度會(huì)有下降趨勢(shì);其仿真材料蝕除量與實(shí)驗(yàn)得到材料蝕除量結(jié)果相近。從而證明了模型有著很好的預(yù)測(cè)精度,進(jìn)而為短電弧銑削加工提供一定的理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

第二章 短電弧銑削加工機(jī)理及數(shù)值模擬方法2.1 短電弧銑削加工基本機(jī)理2.1.1 短電弧放電通道的形成短電弧銑削加工是通過(guò)基于兩極間瞬時(shí)放電時(shí)的產(chǎn)生大量熱量應(yīng)來(lái)蝕除金屬材料，從而滿(mǎn)足對(duì)預(yù)定工件的加工要求，如工件尺寸與形狀。短電弧銑削加工的主要原理是工具電極和工件電極之間的放電通道內(nèi)在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生高溫使待加工工件表層局部熔化，甚至氣化，再通過(guò)一定壓力水氣混合工作介質(zhì)去除，，短電弧弧銑削實(shí)際加工過(guò)程，放電通道的形成過(guò)程是很不穩(wěn)定的，容易受到外界的干擾[43]。圖 2.1 為短電弧銑削原理示意圖。

圖 2.2 放電通道內(nèi)能量分布圖2.1.3 材料拋出過(guò)程分析當(dāng)短電弧銑削加工時(shí)，兩電極極間的介質(zhì)擊穿后，放電通道中的高溫電弧等離子體將會(huì)以高速?zèng)_擊陽(yáng)極和陰極，使工件材料的溫度會(huì)在極其短的時(shí)間內(nèi)加熱到熔點(diǎn)，從而工件表面材料被熔化甚至被氣化，一定壓力的氣液混合的工作液也被氣化。在此過(guò)程中，兩電極間的電弧等離子體會(huì)出現(xiàn)振蕩效應(yīng)，少數(shù)工件材料也將會(huì)被排出放電通道。這就造成短電弧銑削放電的電蝕產(chǎn)物的拋出機(jī)理與電火花放大相徑庭。通過(guò)短電弧銑削實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，采用高壓氣液混合介質(zhì)通入到短電弧銑削通道得到放電凹坑的大小要比普通氣液混合的要大，材料蝕除的效率也相應(yīng)較大，而且在放電凹坑會(huì)順著氣液吹除方向有一定程度的延伸，以上這些都證明了高壓
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG661

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2593542