微細(xì)電火花沉積加工工藝研究

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1、微細(xì)電火花沉積加工工藝研究12機(jī)械設(shè)計制造及其自動化二班120511057白雪景摘要：微細(xì)電火花加工是電力、磁力、熱力、流體動力、電化學(xué)等綜合作用的過程，但其木質(zhì)是熱過程，其中熱力在微細(xì)電火花加工過程中起了決定性的作用。因此，研究微細(xì)電火花加工中溫度場的變化規(guī)律是十分必要的。關(guān)鍵詞:微細(xì)電火花加工；溫度場仿真；有限元；MARC軟件Abstract:Micro-EDMistheelectrical,magnetic,thermal,fluiddynamics,electrochemistryandothercomprehensiveprocess,butitsesseneeisthe

2、processofheat,heatplayedadecisiveroleinthemicro-EDMprocess.Therefore,thestudyofthetemperaturevariationinmicro?EDMisverynecessary?Keywords:Micro-EDM；TemperatureFieldSimulation；Finiteelement；MARCSoftware第一章緒論課題研究的目的和意義微細(xì)電火尼加工是電力、磁力、熱力、流體動力、電化學(xué)等綜合作用的過程，但其本質(zhì)是熱過程。在微細(xì)電火花加工過程中，對工件的蝕除作用力雖然很多很復(fù)雜，但熱力起了最

3、主要的作用。因此，模擬微細(xì)電火花加工過程屮工具電極和工件的溫度場變化規(guī)律對于理解微細(xì)電火花加工的機(jī)理和特點(diǎn)具有重要的作用，此外，研究溫度場的規(guī)律也可以預(yù)測工藝參數(shù)，這對于改進(jìn)加工方法，提高工件加工速度，提高表面加工質(zhì)量也具有重要的意義。1.2微細(xì)電火花加工的研究現(xiàn)狀及成果現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展冇兩大趨勢，一個是向著自動化、柔性化、集成化、智能化等方向發(fā)展，即現(xiàn)代制造系統(tǒng)的白動化技術(shù)；另一個就是尋求現(xiàn)有制造技術(shù)的口身微細(xì)加工極限。微細(xì)電火尼加工技術(shù)具有電極制作簡單、電極與工件間宏觀作用力小、可控性好等優(yōu)點(diǎn)，微細(xì)電火花加工技術(shù)已成為微機(jī)械制造領(lǐng)域的一個重要組成部分，在精密機(jī)械加工、微電子技

4、術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、航空航天、光學(xué)、通訊、模具等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。1.3冇限元法仿真在電火花加工中的應(yīng)用隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，使仿真技術(shù)在工業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，其中數(shù)值模擬方法，特別是有限元方法，作為一種先進(jìn)的科學(xué)手段，具有物理意義明確和易于考慮邊界條件等優(yōu)點(diǎn)，是進(jìn)行電火花加工機(jī)理研究的有效途徑。1.4課題的主要研究內(nèi)容微細(xì)電火花加工是從傳統(tǒng)電火花加工中演變出來的一種新的加工方法，雖然機(jī)理方面和傳統(tǒng)的電火花加工并沒冇本質(zhì)上的區(qū)別，但其能加工微細(xì)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)還是與電火花加工有著很多的區(qū)別的。本課題將就微細(xì)電火花加工技術(shù)的以下問題進(jìn)行研究：（1）以傳統(tǒng)電火花加工理論為基礎(chǔ)，

5、從電火花加工屮影響材料放電蝕除的主要因素入手，分析微細(xì)電火花加工的機(jī)理和特點(diǎn)。（2）建立微細(xì)電火花加工的熱源模型，用MARC軟件模擬微細(xì)電火花加工過程屮工具電極和工件溫度場變化。（3）通過對比氣體和液體介質(zhì)中，不同極性，不同材料的溫度場變化，分析和揭示微細(xì)電火花加工過程屮工具電極和工件溫度場變化規(guī)律及特性。（4）分析模擬工具電極和工件溫度場變化對于研究微細(xì)電火花加工的重要作用和意義。笫二章微細(xì)電火花加工的相關(guān)原理2.1微細(xì)電火花加工的基本原理工具電極和工件分別接在脈沖電源的兩極，兩極Z間有一定的間隙，間隙充滿工作介質(zhì)。當(dāng)兩極間加上脈沖電壓時，由于工具電極與工件表面微觀不平，使極間電

6、場分布不均勻。工具電極在伺服機(jī)構(gòu)的控制下向工件進(jìn)給，當(dāng)極間的間隙減小到一定值時，導(dǎo)致介質(zhì)在相對最小間隙處或絕緣強(qiáng)度最低處電離擊穿，形成放電通道，在該局部產(chǎn)生瞬時脈沖火花放電。在脈沖間隔期間，兩電極間消電離，工作介質(zhì)恢復(fù)絕緣狀態(tài)。重復(fù)上述過程，雖然脈沖放電蝕除的工件材料量極少，但因每秒有成T上萬次脈沖放電作用，就能蝕除較多的工件材料，完成微細(xì)電火花加工。2.2微細(xì)電火花加工的微觀過程(1)極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道。(2)電極材料的融化，汽化熱膨脹。(3)電極材料的拋出。(4)極間介質(zhì)的消電離。2.3微細(xì)電火花加工的實(shí)現(xiàn)條件(1)工具電極和工件電極Z間必須維持合理的距離。(2

7、)兩電極之間必須充入介質(zhì)。(3)輸送到兩電極間的脈沖能量密度應(yīng)足夠大。(4)放電必須是短時間的脈沖放電。(5)脈沖放電需重復(fù)多次進(jìn)行，并月?多次脈沖放電在時間上和空間上是分散的。(6)脈沖放電后的電蝕產(chǎn)物能及時排放至放電間隙Z外，使重復(fù)性放電順利進(jìn)行。2.4微細(xì)電火花加工的工作介質(zhì)選擇據(jù)研究表明，在氣體中進(jìn)行放電沉積加工比較理想，因?yàn)樵跉怏w介質(zhì)中加工對沉積材料的沖擊較弱，只冇少部分碎屑飛出，對沉積物的形成十分冇利。同時，在氣體介質(zhì)中熔融金屈的冷卻速度比在液體介質(zhì)中熔融