超声振动辅助气中放电加工技术及其机理研究

论文摘要

本文从离子碰撞理论出发,分析了气体介质从离子碰撞电离理论开始,进而转化为流光击穿的过程,系统分析了气体介质的电导和击穿的全过程;分析了高压下气体介质的击穿特点及其影响因素;均匀和非均匀电场状态下的气体介质电导和击穿的差异;着重分析了非均匀电场下的击穿过程和特点。实验研究了脉冲电压条件下针—板电极间气体介质的击穿过程,观察到不同的极间距离和不同电极形状下,气体介质击穿放电的差别。实验发现随尖端圆角半径的不断增加,击穿电压略又增加。 系统分析了超声振动强化材料去除的理论,并在实验研究的基础上分析超声振动可减少放电过程中短路和断路现象的发生。理论计算了超声振动强化气中放电加工材料的去除率;分析了超声振动对加工后工件表面性能的影响规律。并且通过对比分析加工工件的断面可知,传统电火花加工工件断面的重铸层较厚而且不连续,超声振动辅助气中放电加工工件的断面重铸层较薄而且连续。通过对加工表面进行扫描电镜分析可知,超声振动辅助气中放电加工表面上的放电凹坑较小,传统液体介质中的火花放电加工表面上的放电凹坑较大。 对放电加工时的热过程进行了分析。建立了放电加工时热传播模型。对放电时的能量的物理传导过程进行了分析,并建立了数学模型。考虑了热传导过程物理参数的变化和相变问题。采用等效比热容法来解决相变过程中的相变潜热问题。并推导了定半径,定热流密度情况下的导热方程。 借助与ANSYS软件对单脉冲放电加工过程的温度场进行了研究。对放电加工过程中随脉冲时间和脉冲热流密度变化时,温度场分布进行了分析。并且研究了脉冲时间和热流密度变化时,凹坑形状的变化情况,主要是其凹坑深径比的变化。分析结果表明:随热流密度和脉冲时间的不断增加,凹坑不断增大;随脉冲时间的变化凹坑深径比是增加的;在相同脉冲时间的情况下,随热流密度的增加深径比变化不大,即,凹坑形状基本不变。因此增大热流密度和脉冲时间都可以

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 放电加工研究及发展方向
• 1.2.1 放电加工基本原理
• 1.2.2 电火花加工工艺研究
• 1.2.2.1 工作介质
• 1.2.2.2 加工方式
• 1.2.3 放电加工控制理论的发展
• 1.2.4 放电加工的发展方向
• 1.3 本课题的意义
• 1.4 主要研究内容
• 第二章 气体介质的电导和击穿
• 2.1 气体击穿的几种理论
• 2.1.1 气体导电的伏——安特性
• 2.1.2 气体带电粒子的产生
• 2.1.3 气体放电碰撞电离理论
• 2.1.4 碰撞电离理论的完善
• 2.1.5 流光击穿
• 2.2 高压下气体介质击穿特点
• 2.3 非均匀电场下的击穿
• 2.3.1 非均匀电场的击穿过程
• 2.3.2 极性效应
• 2.4 放电加工过程中气体介质的击穿
• 2.5 总结
• 第三章 超声振动对气中放电加工过程的影响规律
• 3.1 超声振动辅助气中放电加工基本原理
• 3.2 超声振动对介质击穿过程的影响规律
• 3.3 超声振动对材料抛出的影响规律
• 3.3.1 气中放电加工材料抛出模型
• 3.3.2 超声振动强化材料抛出
• 3.3.3 超声振动强化材料抛出计算
• 3.3.3.1 表面张力计算
• 3.3.4 超声振动和气体压力综合作用下材料抛出
• 3.3.5 超声振动对加工工件表面微观组织的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 超声辅助气中放电加工温度场研究
• 4.1 放电能量转换和分配
• 4.2 热源
• 4.3 温度场模型的建立
• 4.3.1 物理模型
• 4.3.2 数学模型
• 4.4 温度场模型的解析
• 4.4.1 初始条件
• 4.4.2 边界条件
• 4.4.3 物理参数变化
• 4.4.4 相变潜热处理
• 4.4.5 解析过程
• 4.5 小结
• 第五章 超声辅助气中放电加工温度场模拟
• 5.1 温度场的 ANSYS模拟
• 5.1.1 ANSYS简介
• 5.1.2 ANSYS的主要技术特点
• 5.1.3 ANSYS的软件结构
• 5.2 ANSYS温度场分析
• 5.2.1 前处理
• 5.2.1.1 模型建立和网格划分
• 5.2.1.2 材料属性选择
• 5.2.1.3 相变潜热处理
• 5.2.1.4 其它选项设置
• 5.2.2 求解结果分析
• 5.2.2.1 一定功率密度下温度场随脉冲时间变化的演化过程
• 5.2.2.2 相同脉冲时间下温度场随功率密度变化的演化过程
• 5.2.2.3 一定功率密度下凹坑形状随脉冲时间变化的演化过程
• 5.2.2.4 相同脉冲时间下凹坑随功率密度变化的演化过程
• 5.3 模拟结果与实验结果对比
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 作者攻读硕士学位期间公开发表的论文