复合材料SiCp/Al微细电火花加工试验研究

论文摘要

相对于传统的机械加工过程,微细特种加工方法没有宏观的切削力作用,在微小尺度零件的加工中有着不可替代的优越性。而相对于光刻、电铸和注塑(LIGA)等微电子机械技术而言,微细电火花加工具有设备造价低廉,加工精度高且适应性广,并可加工出复杂的三维曲面微细结构等特点。因此,微细电火花加工技术将会成为微细三维结构模具型腔制作的主流技术之一。SiCp/A1复合材料具有较高的比强度、比刚度、弹性模量、耐磨性和低的热膨胀系数,制造成本低,低密度、良好的尺寸稳定性和导热性等,在航空航天、军事领域及汽车、电子仪表等行业中显示出了巨大的应用潜力。首先,本文对SiCp/Al复合材料的微细电火花的蚀除机理进行了分析,并借助加工表面的SEM和能谱分析,对去除机理进行直观验证;其次,通过一系列工艺性试验,对SiCp/A1复合材料的微细电火花加工特性进行了分析,主要研究了电参数、电极材料、电极直径、电极转速以及SiC颗粒的体积分数对加工速度和电极损耗的影响;总结了电参数对SiCp/Al复合材料加工精度和表面粗糙度的影响规律;通过与不锈钢进行对比实验,进一步分析了SiCp/Al复合材料的微细电火花加工性能;最后基于分层铣削原理,进行了SiCp/Al复合材料直槽和微台的加工,并成功地实现了SiCp/Al复合材料的微三维结构加工并对其表面性能进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微细电火花加工技术发展现状
• 1.2.1 微细电火花研究进展
• 1.2.2 微细电火花技术的特点和关键技术
• 1.3 SiCp/Al 复合材料综述
• 1.3.1 SiCp/Al 复合材料的国内外开发与应用
• 1.3.2 SiCp/A1 复合材料的电火花加工研究现状
• 1.3.3 SiCp/A1 复合材料微细电火花研究意义
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 SiCp/Al 复合材料电火花加工蚀除机理
• 2.1 SiCp/Al 复合材料微观结构的简化模型
• 2.2 SiCp/Al 复合材料电火花加工蚀除机理分析
• 2.2.1 极间介质的电离、击穿，形成放电通道
• 2.2.2 介质热分解、Al 基合金熔化、气化热膨胀，SiC 脱落
• 2.2.3 熔化材料的抛出
• 2.2.4 极间介质的消电离
• 2.2.5 窄脉冲工具电极的蚀除过程简介
• 2.3 SiCp/Al 复合材料蚀除过程的直观验证
• 2.4 SiCp/Al 复合材料的电火花加工机理探讨
• 2.5 本章小结
• 第3章 SiCp/Al 复合材料微细电火花工艺规律研究
• 3.1 微细电极的在线制作
• 3.2 试验的目的和条件
• 3.2.1 加工速度和电极损耗的影响因素
• 3.2.2 加工精度的影响因素
• 3.2.3 表面质量的影响因素
• 3.3 SiCp/Al 复合材料与1Cr18Ni9Ti 的对比加工试验
• 3.3.1 孔的一致性分析
• 3.4 SiCp/Al 复合材料的加工特点及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 SiCp/Al 复合材料微三维结构加工
• 4.1 电火花分层铣削中的等损耗加工
• 4.1.1 微槽的加工
• 4.1.2 微台的加工
• 4.2 微三维结构的加工及其表面质量分析
• 4.2.1 微三维结构的加工
• 4.2.2 微三维结构表面质量的直观分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢