气中电火花线切割温度场及电极丝振动仿真研究

摘要

目前，科学技术迅速发展，人们在生产加工过程中既需要保证工件的加工质量又要保证加工过程绿色无污染。随着电火花线切割技术的发展，电火花线切割技术采用气体介质加工的工件表面粗糙度小于液体介质中加工的工件表面粗糙度，气中介质极间放电机理、材料蚀除机理、工件的微观结构不同于液体介质。
　　首先，本文对气中电火花线切割放电过程机理深入分析，通过对温度场微元热分析并结合放电通道的移动，建立了气中移动热源温度场传热模型，并推出移动高斯热源的热流密度公式;接着确定放电通道半径、施加在温度场上的初始与边界条件。
　　其次，根据实际加工工件建立合适的仿真模型，施加热流密度及约束力进行仿真分析，得到气中移动热源、静止热源放电状态下Cr12MoV工件表面温度场的变化规律;将静止热源和移动热源下的温度场形貌进行对比，根据移动热源仿真温度场的分布，建立单个电蚀坑模型，然后对仿真的单个电蚀坑模型进行修正，求解电蚀坑体积;实际加工过程中，工件材料蚀除是大量电蚀坑的共同作用，相互重叠，通过分析确定了电蚀坑排列为多级重叠，蚀除体积看作是长方体体积;然后对仿真中峰值电流、脉冲宽度的变化造成工件表面电蚀坑几何尺寸大小、体积的影响进行深入分析。
　　再次，电极丝的振动虽然不同于工艺参数对电火花线切割的影响，但它也是影响加工的质量、效率原因之一。对气中电火花线切割电极丝受力分析，建立电极丝横向振动受力模型;分别从导轮跨距、电极丝张紧力和放电合力方面对电极丝进行模态分析，并分析导轮跨距、电极丝张紧力和放电合力的变化给电极丝固有频率、振幅带来的影响。
　　最后，本文采用单因素实验方法，在液体介质中进行粗加工实验，气体介质中精加工实验，对比两种介质下的工件表面形貌，分析实际加工过程中工艺参数变化对工件表面质量、蚀除体积的影响。将实实验得出结果与仿真计算的结果进行对比，验证建立模型的合理性及仿真研究的可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题来源及研究目的和意义

1．2 电火花加工技术的研究现状

1．3 气中电火花线切割机理探索现状

1．4 有限元研究电火花线切割技术的状况

1．5 电极丝振动的研究现状

1．6 本课题主要研究内容

第2章 气中电火花线切割机理及热源模型建立

2．1 引言

2．2 气中电火花线切割放电过程原理

2．2．1 两电极问介质电离及完成放电通道

2．2．2 工件材料蚀除及抛出

2．2．3 极间介质消电离

2．3 气中移动脉冲火花放电热源的建立

2．3．1 温度场基本理论分析

2．3．2 电火花放电热传导模型建立

2．3．3 热源模型分析建立

2．4 气中电火花线切割温度场施加条件研究

2．4．1 初始边界条件

2．4．2 放电通道半径的计算

2．4．3 极间能量分配比例研究

2．4．4 工件材料相变处理

2．5 本章小结

第3章 气中电火花线切割移动热源温度场仿真

3．1 引言

3．2 气中电火花放电温度场有限元介绍

3．2．1 ANSYS温度场仿真技术

3．2．2 电火花放电热源移动与轨迹控制

3．3 气中电火花放电ANSYS温度场模型的建立

3．3．1 有限元模型简化与建立

3．3．2 有限元单元类型与划分网格

3．3．3 Cr12MoV属性参数设定

3．3．4 ANSYS仿真热流载荷及边界条件加载

3．4 气中电火花线切割温度场仿真分布及电蚀坑建立

3．4．1 气中电火花线切割放电温度场变化规律

3．4．2 气中电火花线切割移动热源工件表面电蚀坑形貌

3．4．3 气中电火花线切割工件蚀除量的计算

3．5 工艺参数改变对工件平面电蚀坑的影响

3．5．1 脉冲宽度对工件平面电蚀坑的影响

3．5．2 峰值电流对工件表面电蚀坑形貌的影响

3．6 本章小结

第4章 电火花线切割电极丝振动特性仿真分析

4．1 引言

4．2 电极丝振动数学模型的建立

4．3 电极丝振动的有限元模态分析

4．3．1 模态分析简介

4．3．2 电极丝ANSYS模态分析过程

4．4 电极丝ANSYS模态分析结果研究

4．4．1 不同导轮跨距对固有频率的影响

4．4．2 不同电极丝张紧力对固有频率的影响

4．4．3 张紧力、导轮跨距和放电合力对电极丝振幅的影响

4．5 本章小结

5．1 引言

5．2 气中电火花线切割实验

5．2．1 实验过程所需实验材料

5．2．2 实验方案的设定

5．2．3 气中电火花线切割实验工艺参数

5．2．4 实验过程所需设备及测量仪器

5．3 精加工与粗加工工件表面形貌对比

5．4 气中电火花线切割实验参数的研究

5．4．1 脉冲宽度对工件表面质量与蚀除体积的影响

5．4．2 峰值电流对工件表面质量和蚀除体积的影响

5．4．3 偏移量对工件表面质量的影响

5．4．4 工作台进给速度对工件表面质量的影响

5．5 实验结果与仿真数据的比较分析

5．6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术成果

致谢