非导电工程陶瓷双电极同步伺服放电加工机理及应用研究

摘要

非导电工程陶瓷双电极同步伺服放电加工技术是本课题组新近开发出的一种新的加工方法，该方法主要是利用两极间火花放电通道的能量进行蚀除加工的，它具有生产率高、成本低、对环境无污染等优点。由于该种加工技术的材料蚀除机理复杂，其能量利用方式不同于通常的电火花加工，采用通常的电火花加工理论难以解释其放电蚀除的本质，因此，开展非导电工程陶瓷双电极同步伺服电火花加工机理的研究工作具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文采用理论分析与实验研究相结合的方法，开展了非导电工程陶瓷双电极同步伺服电火花加工机理及应用技术的研究工作，在放电通道形成、能量分配及其温度场分布等方面取得了一些创新性的研究成果。 在电火花加工领域率先采用粒子模拟与蒙特卡罗相结合的方法研究了放电通道的形成机理，建立了非导电工程陶瓷双电极同步伺服电火花加工放电电离过程的模型，仿真了放电通道的微观形成过程，得到了放电过程中电子与离子的空间分布及运动状态。建立了非导电工程陶瓷双电极同步伺服电火花加工基于热传导理论的温度场模型，对陶瓷工件和正、负电极上的温度场进行了三维数值模拟，给出了脉冲宽度、放电电流对非导电工程陶瓷上温度场分布的影响关系。 首次系统地研究了放电通道流经非导电工程陶瓷表面时的蚀除机理，在所研制的单脉冲放电及自动检测装置上，对不同脉冲宽度、放电电流和工作介质条件下陶瓷工件和正、负电极的放电蚀除特性进行了实验研究，得到了单脉冲放电坑深度和宽度的经验计算公式，建立了放电能量在工程陶瓷和正、负电极之间的分配模型。 针对目前常见的电火花加工神经网络预测模型存在收敛速度慢、易陷于局部极小值等缺点，采用基于混合遗传学习算法的小波网络模型开发了非导电工程陶瓷双电极同步伺服电火花加工工艺效果的预测系统，该系统具有预测速度快、精度高等优点。

目录

文摘

英文文摘

声明

论文创新点摘要

第1章绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2非导电工程陶瓷电火花加工技术研究现状

1.2.1非导电工程陶瓷电火花加工技术

1.2.2电火花加工机理研究现状

1.3智能技术在电火花加工中的应用

1.4研究目的及研究内容

1.4.1研究目的

1.4.2研究内容

第2章非导电工程陶瓷双电极同步伺服电火花加工技术

2.1加工原理

2.2系统组成

2.3加工特点

第3章非导电工程陶瓷火花放电通道形成过程的模拟

3.1物理模型

3.2放电通道的PIC/MCC理论

3.2.1电磁场求解

3.2.2电流场求解

3.2.3推进粒子运动

3.3放电通道的PIC/MCC模拟流程

3.4放电几何结构和初始条件

3.5放电过程模拟

3.6本章小结

第4章非导电工程陶瓷放电通道温度场的数值模拟

4.1模型的建立

4.1.1几何模型

4.1.2热源模型

4.2电火花放电过程中的热传导

4.2.1假设条件

4.2.2传热学基本方程

4.2.3.模型初始条件与边界条件

4.3非导电陶瓷电火花放电有限元模型建立

4.4计算结果及分析

4.4.1温度场

4.4.2温度分布曲线

4.4.3试验结果与仿真结果对比

4.5本章小结

第5章非导电工程陶瓷单脉冲放电机理的实验研究

5.1单脉冲放电装置的设计

5.1.1装置要求

5.1.2装置原理

5.1.3电路设计

5.2实验装置及条件

5.3试验结果的研究及分析

5.3.1陶瓷蚀除的试验研究

5.3.2 正电极蚀除的试验研究

5.3.3负电极蚀除的试验研究

5.4能量分配研究

5.4.1放电能量计算

5.4.2计算结果与分析

5.5结论

第6章非导电工程陶瓷电火花加工过程预测研究

6.1非导电工程陶瓷双电极同步伺服电火花加工小波网络模型

6.2非导电工程陶瓷电火花加工小波网络的训练算法

6.2.1基因编码

6.2.2群体确定

6.2.3适应度计算

6.2.4遗传操作设计

6.2.5 BP算法

6.3数据样本

6.4基于小波网络的非导电工程陶瓷电火花加工预测系统

6.4.1样本数据管理

6.4.2样本训练

6.4.3结果预测

6.4.4模型正确性的验证

6.5本章小结

第7章结论

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢

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