大厚度高效电火花线切割加工关键技术的研究

摘要

电火花线切割加工技术一直在模具加工、难加工材料的加工及复杂零件加工等方面起着常规加工方法无法替代的作用。但是，随着对大厚度模具的需求越来越强，电火花线切割加工技术逐渐暴露出大厚度工件加工困难，加工效率低等问题。本文针对上述问题，对大厚度高效电火花线切割加工的相关技术进行研究，寻求提高电火花线切割加工大厚度工件效率的方法。
　　首先以电火花线切割加工的机理为切入点，分析峰值电流、脉冲宽度、脉冲频率对电火花线切割高效加工能力的影响。通过建立加工间隙的物理模型，研究工作液的流动情况对脉冲能量有效利用的影响。建立加工间隙内的电极丝的横向振动模型和加工间隙工作液的偏心圆柱环形间隙流动模型，并利用工作液微元体受力平衡方程，推导工作液流量表达式。
　　对大厚度高效电火花线切割加工的装置进行了研究。针对大厚度高效电火花线切割加工对大脉冲能量的要求，本文设计了基于IGBT的多回路晶体管式脉冲电源。不仅在一定程度上解决了IGBT使用频率极限问题，而且最大电流可达1200A。根据大厚度高效电火花线切割加工过程的特点，提出了“进给回退步法”伺服进给策略。针对大脉冲能量加工时短路对加工的稳定性具有不利影响和对脉冲电源具有损伤的问题，提出了短路探测保护策略，从而在脉冲电源得到有效保护的前提下，提高加工效率。针对粗电极丝（直径1mm）的特性（时效弯曲变形、损耗加长、扭转变形和突起变形），设计了砝码恒张力机构、辊压机构及挡销部件。针对加工大厚度工件时对工作液流量的需求以及电极丝跨距对振动的影响，设计了最短跨距导向—喷液装置。针对粗电极丝放电后的“锯齿”表面会切割导电块的问题，设计了自补偿导电轮机构。
　　最后，使用本文设计的加工装置进行了验证性实验。针对电极丝振动影响因素进行了实验，并做了进一步的分析。根据加工效率影响因素框图模型，进行了实验研究，分析了各因素对加工效率的作用。

目录

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摘要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题的来源及研究的目的和意义

1.2 电火花线切割大厚度高效加工研究现状

1.3 课题主要研究内容

第2章 大厚度高效电火花线切割理论基础

2.1 电火花线切割加工机理

2.2 大厚度高效电火花线切割加工机理

2.3 脉冲能量的提高

2.4 放电率的提高

2.5 加工效率与加工参数的关系

2.6 本章小结

第3章 大厚度高效电火花线切割加工装置的研究

3.1 高能脉冲电源的设计

3.2 伺服控制策略

3.3 走丝系统的设计

3.4 喷液系统的设计与实现

3.5 导电装置的设计

3.6 本章小结

第4章 大厚度高效电火花线切割加工工艺实验研究

4.1 电极丝振动验证实验

4.2 加工效率影响因素实验

4.3 大厚度工件试探性实验

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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致 谢