镍基单晶合金电火花磨削表面完整性研究

摘要

镍基单晶合金因其良好的高温力学性能和卓越的高温蠕变性能，已成为制造航空发动机热端部件的重要材料。然而，镍基单晶高温合金的应用给加工制造业提出了许多难题，高精度、高效率、低成本地加工高硬材料的方法已成为目前加工制造业亟待解决的课题。此外，生产实践证明，许多因零件破坏造成的事故往往起源于零件的表面缺陷。通过查阅大量相关文献资料，结合当前常用的加工方法，在已有研究成果的基础上，本文采用电火花磨削复合加工技术进行加工，并探究了加工参数对表面完整性的影响。
　　本文通过分析电火花磨削加工模型，指出在电火花磨削加工中，机械磨削和电火花加工两种加工方法优势互补。火花放电在微尺度热软化工件表面材料，降低磨削力、提高加工效率;磨削加工对放电变质层进行加工，去除放电变质层，提高加工表面质量。
　　本课题以镍基单晶合金为研究对象，采用电火花磨削复合加工新方法，研究分析了加工参数对零件表面完整性的影响，主要从以下几个方面进行了研究:
　　(1)采用工艺参数单一变化的分析方法，以脉冲宽度ton、脉冲间隔toff、开路电压U、进给速度V和磨削深度ap作为试验因素，进行镍基单晶合金电火花磨削试验，以得到各工艺参数对表面完整性评价指标中的表面粗糙度、表层硬度的影响趋势及原因。
　　(2)采用灰色关联分析方法，建立灰色关联度矩阵，分析脉冲宽度ton、脉冲间隔toff、开路电压U、进给速度v和磨削深度ap这五个工艺参数对表面粗糙度和表层硬度的影响程度，判别出主要与次要因素。
　　(3)运用灰局势决策方法，在给出局势效果样本、建立统一测度空间的基础上找出满意局势，即从表面粗糙度和表层硬度角度出发，在本论文的试验中确定一组试验方案以获得最好的表面完整性。
　　(4)运用系统灰预测分别得到表面粗糙度和表层硬度与工艺参数间的多元线性模型，以实现镍基单晶合金电火花磨表面完整性的智能预测。
　　(5)运用能量法在试验结果的基础上，计算在电火花磨削中，电火花加工与机械磨削两种加工方式对材料去除率的贡献比率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

引言

1．1 课题研究背景

1．2 电火花磨削加工

1．2．1 电火花加工机理及加工特点

1．2．2 磨削机理及加工特点

1．2．3 电火花磨削加工机理及工艺特点

1．3 电火花磨削加工的研究现状

1．4 表面完整性的内容及发展

1．5 课题研究意义及主要内容

1．5．1 课题研究意义

1．5．2 课题研究内容

1．6 本章小结

第2章 工艺参数对表面完整性影响研究

2．1 试验设备与条件

2．1．1 试验设备

2．1．2 试验条件

2．1．3 试验数据测量方法

2．2 镍基单晶合金电火花磨削试验

2．2．1 表面完整性评价指标的确定

2．2．2 试验方案

2．2．3 工艺参数对表面完整性指标的影响

2．3 本章小结

第3章 电火花磨削工艺参数优势因素分析

3．1 灰色关联分析的基本原理

3．2 电火花磨削工艺参数灰色关联分析模型

3．2．1 灰色关联分析建模方法

3．2．2 试验结果的关联度计算与分析

3．3 本章小结

第4章 镍基单晶合金电火花磨削工艺参数优化

4．1 灰色决策理论研究内容

4．2 基于灰色局势决策理论工艺参数优化研究

4．2．1 灰色局势决策的数学模型

4．2．2 基于灰色局势决策工艺参数优化分析

4．3 本章小结

第5章 电火花磨削工艺参数的灰色预测模型

5．1 多变量灰色模型理论

5．2 表面完整性评价指标的灰色模型建立

5．2．1 表面粗糙度灰色预测模型建立

5．2．2 表层硬度灰色预测模型建立

5．3 本章小结

第6章 电火花磨削力与普通磨削力研究

6．1 磨削力测量设备

6．2 试验基本原理与试验方案

6．2．1 试验基本原理

6．2．2 试验方案与结果

6．3 本章小结

结论

参考文献

致谢