石墨电极电火花高效低损耗加工仿真与实验研究

摘要

电火花加工作为特种加工的重要组成部分，凭借其无宏观切削力、可加工异形型腔、材料适应范围广等优点，在航空航天、能源动力、模具制造等领域得到了长足的发展。在电火花加工的过程中，工具电极是加工效果的关键决定因素。不同材料的电极对加工效率、电极损耗、工件表面粗糙度等都有较大的影响。石墨电极具有放电效率高、损耗小、重量轻、膨胀率极低、易加工修整、不易拉弧放电等优点，在电火花加工领域受到广泛应用。探究石墨电极电火花加工机理与工艺规律，是提高电火花加工效率、减小电极损耗、改善工件表面质量的关键，也是电火花行业的追求目标。本文为探寻石墨电极电火花高效率低损耗加工的机理与最佳参数，进行了深入的理论分析与大量的实验研究。
　　首先为探究电火花加工的微观过程与原理，进行了基于单脉冲放电实验的石墨电极电火花加工温度场仿真。根据单脉冲放电实验结果，对放电过程中的能量分配进行总结分析，拟合出放电通道半径。结合目前电火花领域主流的高斯热源模型建立起石墨电极电火花单脉冲放电的热传导模型。在该模型的基础上进行温度场有限元仿真，得到温度场仿真模型并进行实验验证，利用该仿真模型对加工效率与电极损耗进行了预测与验证。
　　为探索各加工参数对石墨电极电火花加工效果的影响，进行了单因素实验研究。进行实验方案设计与实验误差排除，分别研究了电极极性、脉冲占空比、脉冲宽度、峰值电流与伺服参考电压等因素对加工效率、电极损耗、表面粗糙度的影响规律，结合温度场仿真模型对实验现象与成因进行理论分析，给出了实际加工过程中参数选取的建议。
　　在总结单因素实验结果的基础上，开展石墨电极电火花加工中心复合实验，建立加工效率与电极损耗的回归方程并进行了实验验证。通过多目标优化求解出高效率低损耗加工的最佳参数。对实验过程中出现的电极负损耗现象进行了探究。通过观察石墨电极表面微观结构、分析积碳层的组成成分，发现电极表面生成了类金刚石物质，利用仿真确定了其保护作用。通过表面形貌与实验测量推断出电极表面积碳不定期生长与脱落的现象。

目录

第1章 绪 论

1.1课题的研究背景和意义

1.2相关领域研究现状及分析

1.3主要研究内容

第2章 石墨电极单脉冲放电温度场仿真

2.1引言

2.2单脉冲放电温度场仿真模型建立与分析

2.3温度场模型验证与讨论

2.4本章小结

第3章 石墨电极电火花加工单因素实验研究

3.1引言

3.2石墨电极电火花加工实验设计

3.3石墨电极电火花加工单因素实验研究

3.4本章小结

第4章 石墨电极电火花加工参数优化与负损耗现象探究

4.1引言

4.2石墨电极电火花加工参数优化

4.3石墨电极负损耗现象探究

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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致谢