壓電自適應(yīng)脈沖式電火花加工機(jī)理仿真及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、近年來隨著科研工作者對(duì)電火花加工技術(shù)和加工機(jī)理研究的不斷深入以及對(duì)其加工工藝和加工設(shè)備的不斷改進(jìn)和完善,電火花加工技術(shù)發(fā)展迅速。本課題組提出的壓電自適應(yīng)脈沖式電火花加工是一種新型電火花加工方法,采用低壓直流電源作為能量輸入源,把脈沖能量發(fā)生裝置與間隙調(diào)節(jié)裝置有機(jī)地集成在一起,實(shí)現(xiàn)了脈沖放電與間隙調(diào)節(jié)的自適應(yīng)。其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為通過壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)驅(qū)動(dòng)工具電極伸縮,實(shí)現(xiàn)工具電極與工件之間脈沖放電間隙的自適應(yīng)調(diào)節(jié),有效提高脈沖放電頻率和有效

2、脈沖利用率,從而提高電火花加工效率。
　　本課題組前期主要對(duì)壓電自適應(yīng)脈沖式電火花加工裝置進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)并對(duì)其加工系統(tǒng)、加工工藝等進(jìn)行了研究,但對(duì)其加工機(jī)理的研究較少。因此,本文在已有的壓電自適應(yīng)脈沖式電火花加工系統(tǒng)和加工工藝基礎(chǔ)上,通過仿真技術(shù)及相關(guān)試驗(yàn)對(duì)其加工機(jī)理進(jìn)行深入研究。主要是對(duì)放電通道粒子流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行有限元數(shù)值模擬研究,并通過單脈沖放電試驗(yàn)對(duì)電極表面熱傳導(dǎo)有限元模型的預(yù)測(cè)精度進(jìn)行檢測(cè)。具體研究?jī)?nèi)容如下:

3、r>　　放電通道中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)特性研究是電火花加工機(jī)理研究的重要組成部分。本文采用粒子模擬與蒙特卡羅相結(jié)合的方法,建立壓電自適應(yīng)脈沖式電火花加工放電電離過程模型,對(duì)放電通道的微觀形成過程進(jìn)行仿真,得到放電通道內(nèi)電子和正離子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及空間分布。放電通道內(nèi)任意橫截面上帶電粒子的密度和動(dòng)能都近似呈現(xiàn)高斯分布。
　　通過對(duì)電火花放電時(shí)傳遞到電極表面的能量和放電通道半徑的計(jì)算推導(dǎo)電極表面高斯熱源模型的熱流密度分布公式，對(duì)熱源模型中一些關(guān)

4、鍵問題的處理進(jìn)行分析,推導(dǎo)出圓柱坐標(biāo)系下的熱傳導(dǎo)方程。
　　利用有限元仿真軟件ABAQUS對(duì)壓電自適應(yīng)脈沖式電火花單脈沖放電時(shí)電極表面的溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬和分析,給出放電電壓及可調(diào)電容的容值對(duì)壓電自適應(yīng)脈沖式電火花加工溫度場(chǎng)分布的影響規(guī)律,得到工件表面及內(nèi)部的應(yīng)力場(chǎng)分布,最大應(yīng)力發(fā)生在放電通道交界處。
　　基于本課題組搭建的壓電自適應(yīng)脈沖式電火花加工裝置,在不同放電電壓、可調(diào)電容條件下進(jìn)行單脈沖放電試驗(yàn),將試