【摘要】：顆粒型復合材料因其在金屬基體材料內加入硬質顆粒,使得其力學性質得到有效的強化。因此,具有良好機械性能的顆粒型復合材料被廣泛應用于航空航天、加工制造等領域。由于顆粒型復合材料具有高強度、高硬度等特點,傳統(tǒng)的機械加工方法進行加工比較困難,而且加工效率低。電火花加工技術避開了接觸加工而產生的一些弊端,被認為是加工顆粒型復合材料的有效手段。但目前對于其材料蝕除機理的研究甚少,影響了其在各個領域的應用。因此,本文從材料的熱蝕及拋出機理進行討論與分析,并對不同電加工參數和電極材質等方面對顆粒型復合材料電火花加工材料熱蝕及拋出、顆粒夾帶的運動過程以及放電凹坑形成的影響進行了研究。(1)對電火花加工單脈沖放電能量、熱源以及拋出作用機理進行分析,建立單脈沖電火花加工熱源的數學模型�；谧杂缮淞鞯脑�、氣體流動理論以及津格爾蔓的激波壓力公式進行整理和推導,最終得出關于電火花加工金屬蒸汽炬力的數學表達式,作為電火花加工材料拋出過程的仿真基礎�？紤]顆粒型復合材料的多相特性,建立顆粒型復合材料電火花加工材料蝕除過程的仿真模型。(2)對顆粒型復合材料單脈沖放電材料熱蝕過程進行仿真,分析了隨著脈沖時間的進行工件溫度場分布以及熔池在半徑和深度方向尺寸的變化情況,并研究峰值電壓、脈沖寬度以及電極材質對工件材料表面產生熔池尺寸的影響。通過仿真結果的對比分析得出相應的規(guī)律。(3)基于材料熱蝕仿真結果所產生的熔池,考慮熔池內顆粒和熔融金屬基體材料的固流耦合環(huán)境,進行單脈沖放電材料拋出過程分析。得到當金屬蒸汽炬沖擊熔池時,其產生沖擊波的速度場分布以及顆粒與金屬基體的整個運動過程。并研究了峰值電壓、脈沖寬度與電極材質產生的蒸汽炬力對材料去除的影響,得到隨著峰值電壓、脈沖寬度的增大以及電極材質不同,放電凹坑半徑和深度的變化規(guī)律。對仿真結果進行試驗驗證,結果表明仿真模型在半徑方向誤差小于10%,模型能夠相對較準確的預測放電凹坑尺寸及形貌。
【圖文】：

又具有很高的耐磨和耐熱性能，采用顆粒型復合材料制成的航空零部件其使逡逑用壽命是傳統(tǒng)金屬或合金材料的幾到幾十倍，因此逐漸成為材料研發(fā)和制造領域的研宄逡逑熱點，如圖１所示。典型的顆粒型復合材料有ＳｉＣｐ／Ａｌ，Ａ１２０３／Ａ１，ＳｉＣＰ／Ｍｇ，邋Ｂ４ＣＰ／Ｍｇ，逡逑ＴｉＣ／Ｔｉ，ＷＣ／Ｎｉ等，其顆粒的尺寸一般在ｌｐｍ？ｌ0ｎｍ［１—３］。逡逑灥．．＇二逡逑（ａ）顆粒型復合材料剎車片邐（ｂ）顆粒型復合材料飛機發(fā)動機殼體逡逑圖１．１顆粒型復合材料的應用逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｐａｒｔｉｃｌｅ邋Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ邋Ｍｅｔａｌ邋Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋Ｍａｔｅｒｉａｌ逡逑雖然顆粒型復合材料有如此多的優(yōu)點，但是由于其內部的硬質顆粒使得加工帶來巨逡逑大的困難，采用常規(guī)機械加工方法除了會在切削過程中產生高溫和高應力外，還會引起逡逑劇烈的刀具磨損，導致加工條件惡化，刀具壽命短，加工效率低等問題，加工精度和表逡逑面質量難以保證。尤其當硬質顆粒含量較高時，加工精度和表面質量難以保證，嚴重影逡逑響其加工效率，甚至無法對其進行加工［４］。并且當考慮制造十分復雜的腔型結構的零件逡逑時，傳統(tǒng)的加工方法也無法滿足加工需求。除了考慮刀具參數，在加工工藝方面，由于逡逑顆粒型復合材料零件主要通過燒結成型的制備方法

汽炬力的數學模型逡逑電火花加工過程中金屬蒸汽產生的研宄相對較少，查閱大量文獻得到關高溫的汽化過程。金屬蒸汽產生的主要機理可簡單敘述如下，產生金屬周期內的變化可分為４個階段：即材料蒸發(fā)階段、金屬蒸汽激增階段、離階段、分離后的金屬蒸汽團逐漸消散階段。這里可以把蒸汽炬力作用為：在一次火花放電加工過程中，由于放電通道內部高溫可使得電極端汽化，如此快的蒸發(fā)速度足以產生大量蒸汽和能量以及非常大的沖擊壓）。汽化金屬材料克服電極的金屬表面張力作用，射出電極端面并對相生強大的沖擊效果，熔融態(tài)的金屬基體材料和顆粒材料被沖擊離開熔池的去除。逡逑電火花加工中蒸汽炬力的大小如何確定，，國內外學者在此方面做的研究［３２＞４４］可以了解到，當激光束照射作用在鋁材料表面時，由于金屬的汽化瞬間膨脹并噴離鋁靶表面。產生的金屬蒸汽的運動狀態(tài)類似于從小孔噴態(tài)。如圖２．４所示，為激光與鋁靶相互作用產生點源輻射并在靶上燒出
【學位授予單位】：大連交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG661;TB33

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 郭崇文;李文斌;;YG6硬質合金電火花線切割加工工藝參數研究[J];稀有金屬與硬質合金;2015年03期

2 沈炎龍;于力;欒昆鵬;黃超;;表面放電等離子體產生沖擊波特性[J];強激光與粒子束;2015年06期

3 陳日;郭鐘寧;劉江文;鄭文書;;電火花加工過程的溫度場仿真與研究[J];計算機仿真;2015年02期

4 楊利蘭;趙忠;黃雪妮;;一種新的馬赫數解算方法[J];兵工自動化;2011年05期

5 劉媛;曹鳳國;桂小波;張勤儉;;電火花加工放電爆炸力對材料蝕除機理的研究[J];電加工與模具;2008年05期

6 高陽;劉林;郭常寧;倪揚;;電火花放電蝕坑的有限元熱分析[J];電加工與模具;2008年02期

7 于麗麗;劉永紅;徐玉龍;紀仁杰;吳成杰;;絕緣工程陶瓷電火花加工溫度場模擬[J];自然科學進展;2008年02期

8 李小朋;劉永紅;紀仁杰;于麗麗;;非導電工程陶瓷電火花單脈沖放電加工實驗研究[J];制造技術與機床;2007年12期

9 宋博巖;郭金全;胡富強;孫小珠;;難加工材料的電火花加工脈沖電源研究[J];電加工與模具;2006年05期

10 張云亮,彭燕昌,王永榮,孫廣生,孫鷂鴻;電火花震源電傳輸特性分析[J];石油儀器;2005年03期

本文編號：2644966