壓電自適應(yīng)脈沖式電火花加工機理仿真及實驗研究.pdf

1、近年來隨著科研工作者對電火花加工技術(shù)和加工機理研究的不斷深入以及對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)裝置有機地集成在一起,實現(xiàn)了脈沖放電與間隙調(diào)節(jié)的自適應(yīng)。其主要創(chuàng)新點為通過壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)驅(qū)動工具電極伸縮,實現(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)計并對其加工系統(tǒng)、加工工藝等進(jìn)行了研究,但對其加工機理的研究較少。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)試驗對其加工機理進(jìn)行深入研究。主要是對放電通道粒子流場、溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行有限元數(shù)值模擬研究,并通過單脈沖放電試驗對電極表面熱傳導(dǎo)有限元模型的預(yù)測精度進(jìn)行檢測。具體研究內(nèi)容如下:

3、r>　　放電通道中帶電粒子的運動特性研究是電火花加工機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)電子和正離子的運動狀態(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能都近似呈現(xiàn)高斯分布。
　　通過對電火花放電時傳遞到電極表面的能量和放電通道半徑的計算推導(dǎo)電極表面高斯熱源模型的熱流密度分布公式，對熱源模型中一些關(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對壓電自適應(yīng)脈沖式電火花單脈沖放電時電極表面的溫度場和熱應(yīng)力場進(jìn)行了三維數(shù)值模擬和分析,給出放電電壓及可調(diào)電容的容值對壓電自適應(yīng)脈沖式電火花加工溫度場分布的影響規(guī)律,得到工件表面及內(nèi)部的應(yīng)力場分布,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,將試