关键词： 微细电火花加工   放电通道   蚀除机制   残余应力   缺陷  

摘要： 自前苏联学者Lazarenko夫妇于1943年发明电火花加工方法以来,电火花加工技术取得了长足的发展,其应用范围也取得了极大的扩展。然而电火花加工机理至今仍未能被明确的解释,这限制了电火花加工技术的进一步发展。电火花加工发生在非常小的空间和时间尺度下,很难通过实验手段研究其材料蚀除过程。而随着高速铣削等技术的快速发展,对电火花加工技术带来了很大的冲击,如何提高电火花加工的效率与质量成为电火花加工研究人员亟待解决的问题。因此本文应用分子动力学方法对微细电火花加工的材料蚀除过程、熔融材料蚀除机制;微细电火花加工残余应力以及放电凹坑凸起的形成;微细电火花加工中产生的位错缺陷等进行了仿真研究。 本文对放电通道膨胀热源模型下微细电火花加工放电蚀除过程和熔融区的形成及形状进行了模拟研究,并与放电通道恒定情况下的模拟结果进行了对比,证明了放电通道膨胀的热源模型更符合实际情况。本文还分析了放电过程中电极温度及蚀除原子数的变化,阐明了微细电火花加工的材料二次蚀除现象的发生原因以及“潜热”现象的影响。同时对进入极间原子的速度矢量、加速度矢量空间分布特点及规律进行了研究。 电火花加工表面的主要特点之一是存在残余应力,它的存在影响到加工表面的质量及使用性能,对其形成机制和影响因素的研究具有非常重要的意义。本文对电火花加工表面残余应力的产生机制、分布特点等进行了仿真研究。通过对放电凹坑形成过程中熔融区电极材料内部压强的生成及变化过程分析,发现在放电进行过程中,在电极材料熔融区内部形成很大的压强梯度,但其并不是一直升高,而是存在小幅的上下波动;在放电结束后的瞬间,放电通道突然消失熔融区压强急速下降;这一方面可以推测在放电进行过程中就存在少量的放电蚀除,另一方面说明放电结束之后,熔融区压强的突然下降引起的材料沸腾是材料蚀除的重要原因。研究还发现熔融区的剪切应力场导致电极材料的弹塑性流动,它是形成放电凹坑中凸起部分的重要原因。仿真结果表明放电结束后在放电加工表面存在拉应力,而在电极内部存在压应力,容易萌生显微裂纹。 本文对微小能量下电火花加工过程中缺陷的产生机制与演变过程进行了研究。对熔融再凝固原子的径向分布函数分析明确了微细电火花加工材料蚀除过程当中的相变过程;指出了在真空或者气中放电条件下不可能获得表面组织性能良好的非晶体组织。同时对材料蚀除过程进行了中心对称参数法分析,明确了缺陷的产生机制与变化过程,指出了缺陷对电火花加工过程及工件表面质量的影响,并对其影响因素进行了分析。

关键词： 钠钙玻璃   激光加工   可调谐   CO2激光   调QCO2激光  

摘要： 钠钙玻璃凭借其价格低廉,容易制备和物理化学性质稳定的优点,成为当今工业,生活中应用最为广泛的一种玻璃材料。又因为当今电子产品朝轻薄化发展,对以钠钙玻璃为原材料的触摸屏和显示屏的加工上有了更高的要求。而传统的机械加工已无法对钠钙玻璃精细的加工。越来越多的人将目光投向激光加工,尝试用激光对钠钙玻璃进行加工。本文在参考前人研究的基础上,通过改变激光加工参数,对激光加工玻璃进行更深入的研究,寻找更有效的加工玻璃的方法。 首先,建立起符合实际加工情况的热传导方程以及相应的初始条件和边界条件。模拟出不同加工参数上玻璃表面上的温度分布。 接着通过可调谐CO激光对钠钙玻璃进行打孔的研究。具体研究方法是:让可调谐激光器处于脉冲工作的方式,通过改变激光的波长,功率和脉冲宽度等,研究小孔的宽度与加工参数的关系。结果表明激光功率的增加和脉宽的增加都会使小孔的宽度增加。波长的变化也会对小孔的宽度产生影响。 最后利用调QCO激光对钠钙玻璃进行切割的研究。其基本的方法就是:通过改变激光的功率,切割速度以及切割方向,研究切缝宽度和深度受切割参数影响的情况。结果显示切缝深度受切割速度影响较大,而切缝的宽度受加工参数较小,同时切割方向基本不对切割效果有影响。由于局部温度差过大,在切缝附近产生了很多裂纹。

关键词： 激光加工机   eX   三菱电机   二氧化碳   CO2   工业气体   二维  

摘要： 第十二届中国国际机床展览会即将拉开帷幕,此次三菱电机将展出最新二氧化碳二维激光加工机ML3015eX-45CF-R。基于制造业的全球化和进一步的生产性的提高以及加工成本降低的需求,eX系列以字母"e"为开发主题的全球标准机终于面世了。

关键词： 微细电火花加工   压电致动器   自适应   加工装置   模态分析  

摘要： 随着科学技术的快速发展,微型结构件的应用日益广泛。微细电火花是加工微型结构件的一种重要手段,但加工尺度微小引起的排屑困难、加工状态不稳定问题是制约微细电火花加工技术发展的一大瓶颈,因此,研制新型微细电火花加工装置,提高排屑速度和加工稳定性进而提高加工效率是微细电火花加工技术的重要研究方向。为此,本文基于压电陶瓷的逆压电效应提出了压电自适应微细电火花加工技术。 本文首先分析了压电致动器的工作原理,详细的阐述了压电自适应微细电火花加工技术的工作过程。对压电自适应微细电火花加工系统的放电能量进行了理论计算,计算结果表明放电能量主要由电容C2提供。通过具体实验对计算结果进行了验证,实验结果与理论分析一致。 在深入分析微细电火花加工对加工系统的技术要求基础上,设计、研制了一套压电自适应微细电火花加工装置,并详细的阐述了各部分的设计过程。该装置由机械系统和电气系统两部分组成,机械部分主要包括花岗岩基座、高精度三轴运动平台、精密旋转主轴、微进给机构、电极反拷机构等几个单元；电气部分主要由微能脉冲电源、伺服控制系统、放电间隙检测回路、接触感知控制回路等几部分组成。 采用ABAQUS软件对机床的关键部件(立柱)进行了静力分析和模态分析。建立了立柱的受力模型,确定了相应边界条件,分析了它的受力状态。通过静力分析得到了立柱静力学特性(应力和应变)；通过对立柱的模态分析,得到了立柱的前六阶固有频率及其振型。机床立柱前六阶固有频率都远离外加作用力的频率,验证了机床立柱结构设计的合理性和可靠性。 利用自行设计搭建的微细电火花加工机床进行了实验研究。对压电致动器的运动性能和机床的加工性能进行了测试,测试结果表明该机床能够提高加工效率；分析了放电间隙与开路电压的关系,放电间隙随着开路电压的增大而增大。详细研究了该技术的放电加工特性,并对实验中出现的不稳定现象进行了分析,分析结果表明短路和拉弧是影响加工过程稳定的主要因素。进行了微细孔和微槽加工实验,实验结果表明,该技术加工效果良好。

关键词： 闭式整体涡轮叶盘   电火花加工   计算机辅助制造   电极设计  

摘要： 涡轮盘类零件和发动机机匣在航空航天发动机起着不可替代的作用,它直接关系到动力系统的性能、可靠性和成本。这两类零部件不仅形状复杂,加工精度要求很高,而且通常是用钛合金、高温合金等难加工材料来加工制造,用传统的机械加工方法难以取得令人满意的效果。电火花加工已成为闭式整体涡轮叶盘加工最有效的方法,同时在发动机机匣加工中也具有良好的应用前景。本文将对闭式整体涡轮叶盘类零件电火花成形加工和机匣类零件电火花铣削加工进行研究。 成形电极设计和制造是闭式整体涡轮叶盘电火花加工的关键环节,直接关系到涡轮盘的加工精度、加工效率和成本。本文针对闭式整体涡轮叶盘的结构特点,在商用CAD/CAM软件Unigraphics平台上通过二次开发设计了一套涡轮盘电火花加工成型电极设计系统,用于自动生成成形电极模型。该系统包括电极初步设计、减厚处理、电极剖分、电极基座设计和电极运动轨迹搜索等模块。 在电火花铣削加工工艺研究的基础上,建立了电火花铣削加工CAM系统。针对电火花铣削加工存在的电极损耗,研究了电火花铣削加工电极损耗补偿技术,在等损耗加工基础上建立了电极损耗补偿模型,并根据所建立的电极损耗补偿模型,创建了电极损耗补偿软件。 文章最后进行了闭式整体涡轮盘电火花加工实验和电火花铣削加工实验。通过加工出合格的闭式整体涡轮叶盘样件,证明了本文开发的电极设计系统的可靠性和实用性。通过进行电火花铣削加工对比实验,结果表明,按照本文提出的电极损耗补偿模型进行补偿之后,加工精度较未添加补偿前有较大的提高。

关键词： 激光深熔   焊接过程   数值模拟   激光加工   温度场分布  

摘要： 近年来，随着激光加工技术的发展，激光加工越来越受到人们的重视。特别是激光焊接作为一种高能密度的焊接方法，具有很多其他焊接方法所没有的优点而备受瞩目。A514钢作为一种低合金钢，具有高强度、高韧性的特点，被广泛应用于船舶工业、桥梁钢构、航空航天等领域。低合金钢在世界范围内需求的不断提高使得其在焊接结构件上的应用越来越普遍，焊接质量和焊接效率要求也越来越高。因此，与传统焊接方式相比较，激光焊接是一种高质高效的焊接方法，研究和模拟其激光焊接过程具有重要的意义。　　 激光深熔焊接过程包含着一系列复杂的物理、化学变化，表现出复杂、快速且受多参数影响的特点。焊接温度场的变化反映了焊接过程中的热变化，其对焊接质量有着至关重要的影响。随着人们对激光焊接工艺的不断认识，研究焊接的方法也变得多种多样。焊接过程的数值模拟一直都被认为是一种前沿且能够快速重现整个过程的方法，也是近几年研究的重点。尽管前人对激光焊接过程已经有了一些研究，但是在对激光深熔焊接过程的数值模拟仍存在一定的局限。　　 本文通过运用ANSYS通用有限元分析软件，首先模拟了不同参数条件下的A514钢激光深熔焊接温度场的分布。模拟采用调整参数后的双椭球热源模型，借助函数加载热载荷的形式选取不同焊接参数（不同功率和不同焊接速率）对A514钢激光深熔焊接的温度场分布进行模拟，并且分别对不同焊接参数下的焊接温度场分布和焊接热循环曲线进行了比较分析，继而探讨不同参数下温度场分布变化趋势;接着通过间接耦合的方式对焊接应力场的分布规律进行了探讨，重点探讨了焊接过程中的纵向应力分布和横向应力分布的特点;最后，通过对实验测量数据和数值模拟结果进行对比，得到模拟结果与实际焊接结果基本一致，从而验证了模拟结果的准确性和模拟方法的可行性，说明了模拟结果对实际有一定的参考和指导价值。

关键词： 微细电火花加工   放电机理   集肤效应   电极损耗   表面特性  

摘要： 微细电火花加工技术是将常规电火花加工工艺微细化,用于实现微细尺度零件特征加工的特种加工技术。由于加工具有非接触、加工过程几乎无切削力,不受材料的强度、硬度限制等特点,微细电火花加工技术特别适合于高精度、无变形的微小零件特征的加工以及硬脆难加工材料的微细加工。加之其良好的数控兼容性,被认为是加工三维复杂微细结构最具潜力的方法之一。因此,微细电火花加工技术已经成为微细制造领域的一个重要方向,并且越来越广泛的应用于航空航天、电子信息、模具以及光学和医疗器械中关键零件的加工。 然而,目前国内外学者对微细电火花加工的机理和工艺研究仍然不够。在加工机理研究方面,由于电火花加工本身就是一个复杂、瞬时、随机的过程,而加工尺度的缩小,加工条件的改变,尤其是高频脉冲的作用,给微细电火花加工的物理过程增加了更多的不确定因素;在工艺研究方面,电极损耗和放电加工对表面特性的改变严重影响了微细电火花加工的加工精度和质量。这些存在的问题限制了微细电火花加工技术的进一步发展。因此,从电火花加工微细化过程中加工条件的改变入手,研究微细电火花加工独特的放电机理,探讨高频脉冲作用对加工过程的影响,分析电极损耗现象的成因和抑制损耗的方法以及总结微细电火花加工微观表面特征规律与表面质量改善方法,具有重要的意义。 本论文针对上述微细电火花加工技术研究存在的问题,开展了如下四个方面的研究工作： (1)研究了微细电火花加工的放电机理。分析了电火花加工微细化过程加工条件的改变以及这些改变带来的加工过程的影响。通过研究煤油介质的工作特性,讨论了放电击穿前微观粒子受外加能量作用的一系列状态变化以及放电击穿、火花维持和消电离过程中各物质能量之间相互作用的微观情况;建立了正离子场致电子发射模型,补充了流光理论解释击穿过程时在形成电离粒子数量方面的不足;研究了电极材料的抛出过程及能量转化问题。 (2)研究了高频脉冲对微细电火花加工的影响。引入高频电磁场中集肤效应的概念分析高频脉冲的特殊作用过程,理论和实验验证了集肤效应对微细电火花加工的影响;总结了高频脉冲作用下电场强度与电流密度非均匀分布的规律,并由此分析了集肤效应对加工过程中放电点位置变化、材料蚀除形式、电极形状变化的影响结果;实验研究了通过改变加工脉冲频率获得不同端面形状电极的微细电极在线修形方法,尝试了运用电极修形后不同形状电极的平滑表面加工自由曲面的加工方法。 (3)电极损耗的相关技术研究。采用复合电镀工艺在工具电极表面镀覆耐电蚀材料以制备耐损耗电极。实验证明这一方法有效的抑制了深孔加工中电极棱边损耗,改善了微孔的加工精度;提出了基于图像处理技术研究工具电极损耗、端面形状变化的研究方法,通过对加工后损耗电极图像轮廓特征的提取分析及损耗数据曲线的函数拟合,开辟了数字计算、分析微细电火花加工电极损耗的新路径;分析了微细电火花铣削加工中钨工具电极材料发生意外破损现象的原因,通过微细流场的仿真研究,揭示了导致破损的交变工作液压力的影响因素,并讨论了这种电极破损造成的危害及预防措施。 (4)微细电火花加工电极表面特性的研究。实验观测了微细电火花加工电极表面的微观形貌,着重讨论了表面放电凹坑、球状凸起以及球形凹坑的形成过程;分析了电极表面的裂纹现象,分析不同的表面裂纹形成过程并加以分类,讨论了各类裂纹的抑制措施;观测了电极表面剥落现象,从裂纹的交织扩展和加工表面作用力两方面分析了表面剥落现象的成因,提出了部分避免表面剥落发生的措施。 以上研究工作不仅进一步揭示了微细电火花加工中放电现象的物理实质,同时也为微细电火花加工技术的广泛应用提供依据。

关键词： 特种加工   会议   中国机械工程学会特种加工分会  

摘要： 中国机械工程学会特种加工分会将于2011年10月下旬在在苏州召开第14届全国特种加工学术会议,这是我国特种加工领域的又一次盛会。现在开始征集会议论文,欢迎全国特种加工领域的专家学者、院校师生和科技人员踊跃投稿。

关键词： 电火花加工   工艺优化   智能技术   放电延迟时间   单脉冲放电  

摘要： 电火花加工技术自上世纪40年代开始应用于生产实践以来,在模具制造、国防和航空航天等领域发挥了重要的作用。电火花加工的影响因素较多,并且这些因素与加工效果之间的关系错综复杂,难以用统一的数学模型进行描述,导致了电火花加工工艺设计的比其他的工艺设计方法更加复杂。 随着制造技术向微细化和精密化方向发展,电火花加工工艺设计的复杂性已经影响到了电火花加工技术的进一步发展。同时智能技术蓬勃发展,有必要将其与电火花加工技术相结合以促进电火花加工技术的进一步发展。目前国外已有多家机床提供商成功地将智能技术应用于商品化机床系统中,但在国内对智能技术的研究尚停留在理论阶段,尚无国内生产商推出采用智能技术的商品化机床。针对这种情况,本文进行了智能技术在电火花加工系统中的实用化研究。 本文首先根据电火花加工工艺特点及电火花加工工艺设计的内容,构建出电火花加工工艺智能优化系统的框架。针对传统专家系统在知识获取以及知识泛化方面的缺点和不足,本文在系统中采用了人工神经网络技术,使得系统具有了学习旧知识和联想新知识的功能;生产实际中人们对事物的理解大部分是基于一些模糊的概念,本文采用模糊推理算法实现了工艺规准的模糊推理决策功能,使得推理过程更接近人们的常规思维;基于已有的两种成熟电火花加工余量分配模型,并引入了加工重视程度的概念,系统能够依据用户对加工效率和加工可靠性的重视程度自动输出优化的数控代码。 目前采用智能技术的电火花加工工艺决策系统都是从加工效率、加工的经济性及最终加工表面质量等角度来考虑问题,并没有涉及到加工的形状精度,因此难以满足复杂型腔的精密化加工要求。本文认为应该建立更丰富的数据库,在工艺决策过程中考虑加工的形状精度。目前已有一种成形电火花加工仿真模型,该模型可以对电火花加工过程中电极和工件的形状变化进行仿真。模型采用了基于放电延迟时间的放电位置搜索算法,进行仿真的关键在于建立各种条件下放电延迟时间的数据库。作为实现更高智能电火花加工工艺决策技术的基础,本文将对单脉冲放电延迟时间的影响因素进行实验研究。

关键词： 电火花加工   电极设计   二维工程图纸   自动化  

摘要： 注塑模作为现代制造业中非常重要的加工设备,在各类新产品研发和生产都起着很大作用。特别是汽车、轻工业等行业中,注塑成型技术的应用显得尤为关键。而工具电极是注塑模实现电火花加工成型的重要工艺设备。工具电极品质的好坏直接可以左右模具制造的效率和产品质量。由于模具制造中一般需要使用的电极数量众多,电极实体的设计与二维工程图绘制不仅工作量大,而且也繁琐重复,成为模具产品生产中很耗时费力的环节。传统的电极设计与加工方式已不能适应现代模具企业生产的需要。企业迫切需要开发一种具有自动化设计功能的电极辅助设计系统,减少人机交互过程,降低电极设计对设计师水平和经验的要求,使得电极的设计与生产的效率大幅度提高,以此来缩短注塑模的设计与制造周期。 针对以上问题,本文分析了电火花加工特点和电极制造工艺要求,调研了已有的电极设计系统中存在的不足,以此为基础完成了自动化电极设计与绘图系统的功能需求分析,设计了该系统的总体结构框架以及系统功能模块组成。然后提出了放电型面的分类方法,根据每类型面设计了相应的电极头设计的方案,保证了电极三维模型自动化生成。还有建立了电极信息的数据结构体,电极属性信息写入和访问算法等来实现电极参数数据的保存与管理。另外也研究了电极的自动投影及通过编写和读取Excel配置文档的办法实现标准图框的可配置。 该系统是在UG NX4.0平台上,利用UG/Open二次开发工具开发。系统能够实现电极和二维图档的自动生成,不仅大大减少人工操作,加快设计速度,而且保证了设计的准确性,应用效果良好。