本文關(guān)鍵詞：微細(xì)電火花加工放電特性及蝕除機(jī)制的分子動(dòng)力學(xué)仿真

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【摘要】：電火花加工具有極其復(fù)雜的極間現(xiàn)象,并且其加工過(guò)程具有較大的隨機(jī)性,材料蝕除過(guò)程發(fā)生在極短的時(shí)間和極小的空間內(nèi),使得實(shí)驗(yàn)觀察其加工過(guò)程中各種現(xiàn)象的物理本質(zhì)非常困難,所以電火花加工放電蝕除機(jī)理尚未被研究明確,嚴(yán)重限制著其發(fā)展空間。為從微觀動(dòng)力學(xué)角度分析電火花加工過(guò)程及其材料蝕除機(jī)理,本課題利用分子動(dòng)力學(xué)方法,通過(guò)改進(jìn)原有的能量輸入方式與熱源施加模型,對(duì)單脈沖微細(xì)電火花加工過(guò)程中工件材料的蝕除機(jī)制,放電凹坑形貌的形成過(guò)程進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)仿真研究。研究表明,放電開(kāi)始后,電極表面材料就發(fā)生了蝕除,并且電極材料的蝕除主要發(fā)生在放電持續(xù)時(shí)間內(nèi)。且放電開(kāi)始后,放電凹坑深度迅速增加,之后又逐漸變淺,直到放電結(jié)束后,其深度逐漸趨于穩(wěn)定。造成這種現(xiàn)象的原因有三個(gè):首先是因?yàn)橛胁糠诌M(jìn)入極間的已蝕除原子與其它在運(yùn)動(dòng)中的原子發(fā)生碰撞又重新回落到凹坑底部;其次是由于部分熔融區(qū)原子重新流回到凹坑底部;三是放電結(jié)束后,凹坑表面形成了晶格無(wú)序的熔融再凝固層,使得該區(qū)域內(nèi)材料密度有所降低。同時(shí),在對(duì)工件內(nèi)熔融區(qū)壓力的分析中發(fā)現(xiàn),電火花加工放電期間,電極內(nèi)部靜水壓力值明顯高于電極表面靜水壓力,放電期間沿熔融區(qū)深度方向上形成的由電極內(nèi)部指向電極表面的靜水壓力梯度分布是電火花加工過(guò)程中熔融區(qū)內(nèi)電極材料去除的主要?jiǎng)恿�。本課題還對(duì)工件表面變質(zhì)層特性進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)在放電初期,表面變質(zhì)層沿深度方向擴(kuò)張劇烈,隨后隨放電通道的膨脹沿徑向方向擴(kuò)張明顯,但在放電結(jié)束后,由于電極內(nèi)部殘余的熱量仍然在進(jìn)行熱傳導(dǎo),使得工件的表面變質(zhì)層持續(xù)擴(kuò)張。且電極表面熔融區(qū)域范圍在放電結(jié)束時(shí)刻左右達(dá)到最大,大部分熔融材料殘留在凹坑表面從而形成了熔融再凝固層。同時(shí)發(fā)現(xiàn),放電結(jié)束后熱影響層仍然在擴(kuò)張,但最終熔融再凝固層范圍要遠(yuǎn)大于熱影響層范圍。此外,極微小能量下電火花加工的仿真結(jié)果表明,若放電功率選取合適,在微細(xì)電火花加工中可以使得材料熔化但不發(fā)生蝕除。同時(shí),為更貼合實(shí)際電火花加工,本課題還對(duì)多晶材料的電火花加工過(guò)程進(jìn)行了仿真研究,研究表明,與單晶材料的蝕除過(guò)程相似,放電開(kāi)始電極材料即發(fā)生了蝕除,同時(shí)由于晶界的存在,多晶材料多以體積較大的原子團(tuán)簇形式被蝕除。放電結(jié)束后,由于熱源殘余熱量的熱傳導(dǎo)作用,使得電極內(nèi)部材料的金相組織繼續(xù)發(fā)生變化,其表面形成較為明顯的熱影響區(qū)。
【關(guān)鍵詞】：微細(xì)電火花加工 分子動(dòng)力學(xué) 放電凹坑 靜水壓力 表面變質(zhì)層
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG661
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 電火花加工機(jī)理的研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.2 分子動(dòng)力學(xué)仿真的研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3 課題主要研究?jī)?nèi)容19-20
• 第2章 微細(xì)電火花加工的分子動(dòng)力學(xué)建模20-34
• 2.1 分子動(dòng)力學(xué)的基本理論及方法20-27
• 2.1.1 分子動(dòng)力學(xué)基本原理20-21
• 2.1.2 分子動(dòng)力學(xué)模型的初始化21
• 2.1.3 分子動(dòng)力學(xué)的勢(shì)函數(shù)與力場(chǎng)的截?cái)?/span>21-24
• 2.1.4 分子動(dòng)力學(xué)中的邊界條件24-25
• 2.1.5 分子動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)系綜及其控制25-27
• 2.1.6 分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件27
• 2.2 微細(xì)電火花加工的分子動(dòng)力學(xué)模型27-33
• 2.2.1 模型的初始化27-29
• 2.2.2 勢(shì)函數(shù)的表示29-30
• 2.2.3 熱源模型和能量的輸入30-32
• 2.2.4 高斯熱源的實(shí)現(xiàn)32-33
• 2.3 本章小結(jié)33-34
• 第3章 單晶銅微細(xì)電火花加工放電蝕除機(jī)理分析34-50
• 3.1 放電凹坑形成過(guò)程34-37
• 3.2 熔融再凝固層及熱影響層分析37-40
• 3.2.1 電極材料表面變質(zhì)層分析38-39
• 3.2.2 熔融再凝固層和熱影響層分析39-40
• 3.3 微細(xì)電火花加工電極材料蝕除特點(diǎn)40-46
• 3.3.1 靜水壓力計(jì)算40-41
• 3.3.2 熔融區(qū)靜水壓力分析41-42
• 3.3.3 熔融區(qū)材料的速度與加速度矢量分布42-45
• 3.3.4 材料蝕除時(shí)間45-46
• 3.4 放電凹坑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析46-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第4章 極微小能量的單晶銅電火花加工及多晶銅電火花加工模擬分析50-59
• 4.1 極微小能量的單晶銅電火花加工過(guò)程模擬分析50-55
• 4.1.1 極微小能量的單晶銅電火花加工仿真結(jié)果分析50-53
• 4.1.2 極微小能量的電火花加工電極材料徑向分布函數(shù)分析53-55
• 4.2 多晶銅微細(xì)電火花加工蝕除過(guò)程模擬分析55-58
• 4.2.1 多晶銅微細(xì)電火花加工模型建立55-56
• 4.2.2 多晶銅微細(xì)電火花加工放電蝕除特性56-58
• 4.3 本章小結(jié)58-59
• 結(jié)論59-61
• 參考文獻(xiàn)61-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文66-68
• 致謝68

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 高振興;聚合物/微孔混合體系粘度的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算[D];鄭州大學(xué);2010年

2 周鳳龍;微小能量下電火花加工過(guò)程的分子動(dòng)力學(xué)模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：602346